在一個由基因編碼構成的世界裡，每一次疫情爆發都如同一場謎題，等待著科學家們用最新的技術工具來解開。位於加拿大安大略省漢密爾頓市的麥克馬斯特大學正站在這場全球生物安全戰役的最前線，通過基因組學的力量，為人類社會提供前所未有的洞察力和解決方案。
隨著基因測序技術成本的急劇下降，數據量的爆炸性增長成為常態。英特爾®至強®可擴展處理器不僅提供了強大的計算能力，更推動了科研人員對基因數據的深度理解和分析。麥克馬斯特大學的科研團隊利用搭載第三代英特爾®至強®可擴展處理器的HPE Superdome Flex伺服器，實現了對病毒基因組測序速度的十倍提升。這一進步不僅加速了變異體的識別，還加深了對病毒如何工作、傳播及控制方式的理解。
如今更新一代產品——第五代英特爾® 至強® 可擴展處理器提高了每個核心的性能，可幫助企業滿足更為嚴苛的部署要求。第五代英特爾® 至強® 可擴展處理器相比第三代英特爾® 至強® 可擴展處理器在通用計算性能方面提升了84%，在AI 訓練和推理性能上提升了高達14倍，由於採用英特爾® Accelerator Engines 時的提升幅度能讓平均性能功耗比高達10倍。
第五代英特爾®至強®處理器是英特爾迄今為止可持續性最強的數據中心處理器。內置加速器不僅有助於提高性能功耗比，還可以通過在平台BIOS中啟用優化功率模式進一步提高能效並節省成本，使工作負載受益。
從疫情中學習，為未來做準備
麥克馬斯特大學的麥克阿瑟實驗室，原本致力於追蹤導致細菌產生耐藥性的基因和突變。他們的資料庫是世界上最大的資料庫之一，對於了解細菌可能的行為、傳播方式以及對人類造成的新威脅至關重要。
基因組測序已成為抗擊COVID-19的重要工具。通過揭示導致該疾病的病毒的遺傳秘密，研究人員正在了解它如何變異和傳播。這使得衛生當局能夠迅速出台措施，並指導科學家開發關鍵的疫苗和藥物。這也是麥克馬斯特大學如何幫助加拿大走出COVID-19大流行並預防下一場大流行的。
在COVID-19大流行期間，麥克馬斯特大學的研究人員迅速調整策略，將原本用於追蹤抗藥性細菌基因和突變的平台轉向了SARS-CoV-2的監控。他們與漢密爾頓健康科學中心合作，每周監測安大略省漢密爾頓地區出現的病毒變異情況，為疫苗分配和公共衛生政策制定提供了關鍵資訊。這一切的實現離不開HPE Apollo 6500系統中的GPU加速技術和HPE Nimble Storage HF20C提供的海量數據存儲能力。
高性能計算，從病毒追蹤到藥物發現
隨著疫情的蔓延，科學家們需要快速收集和分析大量數據，以追蹤病毒的變異和傳播。麥克馬斯特大學的研究人員們意識到，他們現有的計算資源無法滿足需求。
幸運的是，他們獲得了加拿大政府提供的COVID-19基礎設施贈款，並利用這筆資金購置了HPE Superdome Flex伺服器，該伺服器配備了第三代英特爾®至強®可擴展處理器。英特爾®至強®可擴展處理器以其高性能、可靠性和可擴展性而聞名，是高性能計算的理想選擇。它能夠支持複雜的基因組測序軟體，例如加拿大公共衛生署的主要工具SIGNAL，並加速數據的分析和處理。
特別是最新的第五代英特爾®至強®可擴展處理器通過更多的核心數（64核心）、更大的內存帶寬（5600MT/s）、更大的三級緩存（320MB），以及軟體生態方面的優化，與上一代相比，第五代英特爾®至強®可擴展處理器在相同功耗下的平均性能提升了21%，在AI推理和訓練性能的提升則達到了42%和29%。
採用第五代的英特爾® 至強® 可擴展處理器平台，將進一步提高內存，改進I/O子系統並能持續降低總體擁有成本。通過更高的內存帶寬克服數據瓶頸，提高計算性能。相比DDR4，DDR5的帶寬提升高達66%，因此有機會提升性能、容量和能效並降低成本。採用PCIe 5.0 提供的全新的I/O 速度，因此有機會最大限度地提高 CPU 和設備之間的吞吐量。
並且第五代英特爾® 至強® 可擴展處理器擁有多達80個PCIe 5.0通道，是快速網路、高帶寬加速器和高性能存儲設備的理想選擇。在降低總體擁有成本方面，利用面向新一代工作負載的CXL Type 1、2和3減少數據中心的計算延遲，通過跨標準PCIe物理層運行的替代協議CXL，可以在同一鏈路上同時支持標準PCIe設備和CXL設備實現了總擁有成本的有效降低。
「到2020年底，我們收到了那些鼻拭子，測序了DNA，然後使用HPE Superdome Flex快速分析這些樣本，並說，『你有Alpha變體，你有Beta變體，你有一個我們以前從未見過的變體』，」麥克馬斯特大學生物化學與生物醫學科學副教授Andrew McArthur說。「所有這些都是為了向加拿大公共衛生署和安大略省公共衛生署以及試圖了解這種病毒如何運作以及我們將如何戰勝它的研究人員提供資訊。」
除了追蹤病毒變種，麥克馬斯特大學的研究人員們還利用高性能計算平台進行藥物發現研究。他們利用HPE Apollo 6500系統，該系統同樣配備了第三代英特爾®至強®可擴展處理器，並配備了高性能GPU，用於加速機器學習工作負載。他們已經部署了機器學習算法，用於尋找新的抗生素，以應對耐藥菌感染的挑戰。這些研究將為開發新型藥物和治療方法提供重要線索。
第五代英特爾®至強®處理器專為AI設計，每個核心均配備AI加速功能，可以隨時處理要求嚴苛的AI工作負載，包括在有多達200億個參數的模型上進行深度學習推理和微調。第五代英特爾®至強®處理器擁有比上一代更快的內存、更大的末級緩存和更多的核心，可以提供任何其他CPU無法比擬的出色AI性能。
從疫情到未來，迎接基因組學研究的新時代
隨著高通量計算平台的建立，麥克馬斯特大學的研究人員開始著手解決更加雄心勃勃的項目——健康腸道微生物群落和益生菌的研究。這些研究需要處理大量的基因組數據，而Superdome Flex伺服器的高性能計算環境正是完成這項任務的理想選擇。現在，研究人員能夠進行以往受限於計算資源而無法實施的實驗，這標誌著基因組學研究進入了一個新時代。
COVID-19大流行還帶來了另一個嚴峻挑戰：抗生素耐藥性的增加。麥克馬斯特大學的研究者正利用HPE Apollo系統的機器學習能力，尋找新的抗生素，以對抗日益嚴重的藥物抵抗性感染問題。通過綜合全球資料庫的資訊，科研人員正在構建早期預警系統，以識別和理解這些感染的源頭和擴散模式。
麥克馬斯特大學的研究成果表明，高性能計算和基因組測序技術在抗擊疫情中發揮著重要作用。它們不僅幫助我們了解病毒的變異和傳播，還幫助我們開發新的藥物和治療方法。隨著基因組測序技術的不斷發展，它將在未來生物學研究中發揮越來越重要的作用。麥克馬斯特大學的研究人員們將繼續利用高性能計算平台和英特爾®至強®可擴展處理器，探索基因組學的奧秘，並為人類健康做出更大的貢獻。
結語
麥克馬斯特大學及其科研團隊的故事是基因組學時代的一個縮影。在這個時代，技術的進步使得我們能夠以前所未有的速度和精度解讀生命密碼。英特爾®至強®可擴展處理器和高性能計算平台不僅加速了科學研究的步伐，也為應對未來的生物威脅提供了強有力的支持。正如Andrew McArthur所說：「這是未來生物學的方向，一切都被基因組技術的飛躍驅動。」
隨著基因組學的持續發展，我們可以期待更多的突破，從而更好地保護人類免受病毒和細菌的侵害。麥克馬斯特大學的研究成果不僅是對當前疫情的有效回應，更是對未來生物安全挑戰的前瞻布局。
