首页 > 传媒 > 关键词  > 英伟达最新资讯  > 正文

英伟达力推生命科学,背后分子动力学价值远被低估

2024-11-05 14:29 · 稿源: 站长之家用户

英伟达始终在布局可以消耗大量算力的赛道。自 2023 年以来,英伟达开始频繁在AI制药领域投资出手,今年年初,黄仁勋称“学计算机的时代过去了,生命科学才是未来”,一下把又生命科学抬到了全球瞩目的高度,媒体和投资人都在纷纷研究生命科学、生物计算的技术方向,期待能在赛道中找到细分领域也分一杯羹。

在生命科学领域中,有一个正在被低估的技术,就是分子动力学

分子动力学(Molecular Dynamics,简称MD)分是一种发展了几十年的计算机模拟实验方法,它基于经典力学原理,特别是牛顿运动定律,来追踪和预测大量粒子(如原子和分子)在给定条件下的运动和相互作用。

这种方法在物理学、化学、生物学,尤其是生命科学中有着广泛应用,因为它能够科学家在原子和分子层面上研究生物大分子(如蛋白质和DNA)的动态行为,这对于理解生物分子的功能机制、加速新药研发、探索疾病成因及生物技术创新至关重要。

既然分子动力学如此强大,为何几十年来一直被忽视呢?计算效率不足是限制其无法进行商业化的主要原因。

虽然分子动力学模拟可以较为准确的模拟分子的运动,在模拟分子构象、折叠等方面具有较高的准确性,但分子动力学模拟存在两个弊端,首先分子力场计算非常耗时,且参数拟合非常复杂。其次,分子动力学模拟很难在大的生物尺度上进行模拟。

举例来说,人体内典型的大分子蛋白质往往由几十万到上百万个原子构成,假设我们用分子动力学模拟方法计算一个 50 万原子的蛋白质运动0. 001 秒的“影片”,哪怕用上 1000 颗主流CPU并行计算,都需要耗费超过 100 年的时间。这个巨大的限制让分子动力学的方法在过去一直都没法成为研究界的主流。

其实,英伟达十多年前就致力于为分子动力学模拟加速。早在 2007 年,位于Urbana-Champaign的美国伊利诺伊大学的研究人员就使用了英伟达的 GPU 产品用于计算生物分子、离子的相互作用,结果是运算速度比过去采用CPU集群提高了 100 倍。在同一年,英伟达还设计研发出能够使GPU解决复杂计算问题的通用并行计算架构CUDA。CUDA能够加快分子动力学模拟软件AMBER的模拟速度。

而在 2013 年,分子动力学在计算效率方面的窘境终于迎来了突破性的转机。在这一年,美国D. E. Shaw研究所发布了比较优秀计算机安腾第二代,能够实现在微秒至毫秒级时间段内对蛋白质动态运动的模拟,相当于捕捉到蛋白质运动的动态“影片”。

比较优秀计算机安腾的软硬件设计专为分子动力学加速而生,从硬件层面的芯片、主板、布线,到软件层面的专用软件Desmond的开发,均是由D. E. Shaw研究所特殊设计的。此外,通过特殊定制的ASIC专用芯片,安腾能够尽可能地减少数据的传输和运算,在芯片上精细化地分区域、分精度分配计算不同任务,从而一举突破制约分子模拟速度的瓶颈——原子间相互作用力的计算。这种专用化设计使得安腾在执行MD模拟时的速度比最快的通用比较优秀计算机快 1000 倍以上,极大地缩短了从药物发现到临床前研究的时间和成本。

这预示着一个属于分子动力学的春天来了。

2016 年,超算安腾帮助美国AI制药公司Relay Therapeutics成功研发了一款治疗胆管癌的药物,一举打破了药物研发领域的“双十”魔咒,仅用 18 个月、不到 1 亿美金就确认了一款用于治疗胆管癌的高选择性FGFR2 抑制剂药物RLY- 4008 的结构,并且顺利进入了美国FDA的临床II期试验,极大程度地缩短了从药物发现到临床前研究近90%的投入时间和成本。

2020 年 3 月,D.E. Shaw研究所公开了对新冠病毒3CL蛋白酶长达 100 微秒的分子动力学模拟动画及相关数据,这为科研人员深入理解新冠病毒的生命周期内在机制以及研发针对性的3CL蛋白酶抑制剂提供了极为珍贵的理论支撑。一般而言,如此大规模的模拟项目若依赖现有的优质比较优秀计算机集群,执行时间会横跨数年之久;但借助于专门用于分子动力学加速的超算安腾,这项艰巨的任务仅在短短数周内有效完成。

可见,在算力突破与专用超算的双重驱动下,分子动力学的应用范围和影响力正在不断扩大。

分子动力学软件市场的增长反映了这一领域的发展势头。据QYResearch市场研究报告显示,得益于技术进步、对药物发现的不断需求增加,以及全球慢性病患者数量的上升,预计 2030 年全球分子动力学软件市场销售额将达到4.1%的年复合增长率。

此外,分子动力学的影响力不仅深入到医药、生物工程等传统领域,还在新兴的合成生物学、准确医疗、个性化药物设计等方面展现出巨大潜力。这些新兴领域要求对生物分子的交互有更深层次的理解和预测能力,分子动力学模拟正好填补了这一空白,它使得科研人员能够以比较罕见的比较准确度和效率探索分子世界。

在材料研发领域,分子动力学可以帮助科研人员加速新材料研发,特别是在纳米材料、智能材料、以及高性能复合材料的设计与优化。通过模拟原子和分子层面的交互,科研人员能够预测材料的宏观性质,如强度、韧性、导电性和热稳定性,无需经过大量的实验试错过程,加速了从理论到实际应用的转化速度,推动了材料领域的科技进步和产业升级。

分子动力学也在能源领域发挥关键作用,助力科学家设计更有效的太阳能电池和燃料电池,为可持续能源解决方案提供了重要的理论支撑。

可见,随着计算资源与计算效率的不断突破,分子动力学的价值正在逐渐被重新评估与发掘,将成为驱动各行各业实现创新突破的关键技术之一。


推广

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)均为站长传媒平台用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务,对本页面内容所引致的错误、不确或遗漏,概不负任何法律责任,相关信息仅供参考。站长之家将尽力确保所提供信息的准确性及可靠性,但不保证有关资料的准确性及可靠性,读者在使用前请进一步核实,并对任何自主决定的行为负责。任何单位或个人认为本页面内容可能涉嫌侵犯其知识产权或存在不实内容时,可及时向站长之家提出书面权利通知或不实情况说明,并提供身份证明、权属证明及详细侵权或不实情况证明(点击查看反馈联系地址)。本网站在收到上述法律文件后,将会依法依规核实信息,沟通删除相关内容或断开相关链接。

  • 相关推荐
  • 聚焦制造业智能化转型 中国科学技术大学依托昇腾突破知识增强大模型关键技术

    中国科学技术大学宋骞团队基于昇腾平台开发了工业知识图谱构建框架和大模型增强推理技术。该研究通过融合领域小模型与大语言模型,构建了"初始识别-知识抽取-知识引导反思"三阶段框架,显著提升了知识抽取准确性。在智能运维系统应用中,团队采用ETL架构处理多模态数据,结合RDF语义网技术构建知识图谱,并研发故障智能预测诊断模块。同时创新性地提出知识增强与过滤框架,利用PLM嵌入空间降低计算负担,有效提升知识增强的灵活性。研究成果显著提升了工业设备智能运维水平,实现了核心技术的自主创新适配,为构建安全高效的现代工业体系提供关键技术支撑。

  • 中国儿基会联合如新公益基金会开展心理成长营,助力学生心理教育

    中国儿童少年基金会与上海如新公益基金会联合在湖南大汉技工学校举办“新启航教育计划”心理成长营。活动为期两天,创新融合艺术疗愈与心理学理论,通过情绪调色盘绘画、黏土雕塑、动态剧场等方式,帮助学生实现从自我否定到肯定的转变。次日以“生命之树”为主题创作个性树木,引导学生认识自身优势。累计资助金额达31.5万元,惠及60名职高学生,从奖助学金扩展到心理健康教育,持续关注困境学生全面发展。

  • 英氏配方米粉:6个月-1岁宝宝的科学喂养方案

    6个月宝宝进入发育黄金期,能量与营养需求剧增。配方奶无法满足每日2500kJ能量和10mg铁需求,存在808kJ能量缺口。英氏分阶段配方米粉精准匹配各阶段需求:1阶(约6月龄)帮助肠道适应,2阶(7-9月龄)锻炼咀嚼能力,3阶(10-12月龄)侧重味觉开发。每阶段搭配不同营养成分,从30g逐步增至50g,实现"吃饱吃好"与能力成长的双重目标。

  • 《黑神话:钟馗》先导预告公布 游戏科学宣布《黑神话:钟馗》官网上线

    在科隆游戏展开幕活动上,游戏科学团队压轴登场,为全球玩家带来了一个出人意料的惊喜——并非《黑神话:悟空》的DLC,而是全新力作《黑神话:钟馗》的正式公布。这一消息瞬间引爆了现场气氛,标志着黑神话系列第二部作品正式拉开序幕,其官网也同步上线,供玩家们一探究竟。

  • 游戏科学创始人冯骥:《黑神话:悟空》DLC有惊喜 会以更完整更扎实的方式回来

    就在无数粉丝对黑猴DLC翘首以盼的时候,游科深夜放了一枚重磅炸弹新作《黑神话:钟馗》正式官宣。 与此同时,《黑神话:悟空》官微改名《黑神话》。这也意味着,黑神话将变成一个游戏系列,一个全系游戏宇宙。除了悟空、钟馗,后续还会有很多新故事。 但《黑神话:悟空》DLC呢?放心,它没有流产,只是会迟一些。 游戏科学创始人、CEO,《黑神话:悟空》制作人�

  • 秘鲁女子吵架冲向男友力道过大坠亡 后者重伤生命垂危

    ​当地时间8月4日清晨,秘鲁发生一起令人唏嘘的意外事故。一对情侣在争吵过程中,21岁女子试图以拥抱安抚男友时,因冲刺力道过大,两人从二楼走廊坠落,致一死一伤。 据现场监控画面显示,事发时男子与女友发生激烈争执后负气离开,女子随即追出试图挽留。当她冲向男友并试图拥抱时,因动作过猛失去平衡,二人从走廊边缘未安装护栏的缺口处坠落。警方推测,两�

  • 诚志生命D-核糖荣获“FHE同心奖”,创新引领健康食品产业发展

    2025年2月17-20日,博鳌健康食品科学大会(FHE2025)在海南博鳌召开。会议聚焦"科技创新与科学循证",围绕食品法规、新技术、药食同源等六大板块展开研讨。诚志生命科技携核心产品D-核糖参展并获"FHE同心奖",其临床研究显示D-核糖能显著减少马拉松运动员心肌损伤,提升完赛成绩。公司作为D-核糖全球知识产权持有者,展示了包括D-核糖冲剂等系列营养健康产品。诚志生命成立于2000年,是专注于合成生物学研发的国有控股高科技企业,未来将持续加大D-核糖等核心产品的迭代升级,推动"科技+健康"双驱动发展。

  • 女子让螳螂吃掉颈后肉瘊子 医生:此举不科学

    8月10日,四川成都发生了一件令人瞠目结舌的事。一只螳螂意外闯入一家店铺,没想到却引发了一场“特殊治疗”。 当时,店内一名女子发现了这只螳螂,她没有将其赶走,而是突发奇想,抓住螳螂让它去啃食自己颈后的肉瘊子。事后,该女子在评论区回复他人询问时表示,螳螂啃食时有点疼,那种感觉就像针扎一样。 这一奇特行为经网络传播后,迅速引发广泛关注。医生�

  • 打水仗感染食脑虫男童去世:生命停留在了6岁8个月

    一名孩子的妈妈在社交平台发布了一封君宝贝和妈妈的感谢信”。 妈妈在感谢信中称孩子的生命留在6岁8个月,请大家给我们点时间,处理完剩下的事情,感恩所有帮助过我们的朋友们。 公开报道显示,这名孩子在今年6月份打完水仗后开始发烧,辗转多家医院最终确诊感染狒狒阿米巴原虫,也就是俗称的食脑虫”,在医院、药厂、热心网友的帮助下,孩子尝试用了各类药物�

  • 继英伟达之后 微软成第2家市值破4万亿美元公司

    今日,科技行业迎来一则重磅消息:微软市值成功突破4万亿美元大关,成为继英伟达之后全球第二家达成此里程碑的公司。值得一提的是,全球首家市值突破4万亿美元的企业英伟达于本月7月9日达成该成就,微软此次仅比其晚了22天。

今日大家都在搜的词: