2024高性能计算和人工智能-医疗行业生命科学解决方案白皮书

联想高性能计算和人工智能医疗行业白皮书联想高性能计算和人工智能医疗行业白皮书0102CONTENTS0104050203018307联想高性能计算联想高性能计算集群实施服务 联想高性能计算产品及特点介绍 联想生命科学行业解决方案联想高性能计算硬件和环境配套45联想高性能计算软件 72 联想生命科学客户案例联想生命科学人工智能解决方案4287某医院组学和深度影像学习平台 87 北京大学高性能计算平台“未名生科一号” 93 45联想生命科学HPC解决方案 07.............................................................目录 近几年，为了推动生物医药产业的快速发展，加快构建生物产业链，国务院、国家发改委等部门相继发布了多项生物医药产业促进政策，支持生物技术药、化学药、中医药等细分领域的产品研发、成果转化，以及公共服务平台的建设等等。2022年，工业部和信息化部、国家发展改革委、科技部等九部门联合发布的《“十四五”医药工业发展规划》明确提出，国家将推动医药制造能力系统升级，以新一代信息技术赋能医药研发。同时，随着第三代分子测序技术的发展，数据量快速增长，生物医学数据从PB组学时代迈入EB多维度大数据时代。从CADD到AIDD，通过高性能计算资源进行虚拟药物筛选、分子对接、蛋白结构预测等工作，可有效缩短新药研发周期，降低科研成本。高性能计算正在影响着生命科学各研究领域的发展。为了支撑科研人员的数据分析和计算需求，我国生命科学领域的高性能计算基础设施快速发展，且已初具规模，但生命科学领域企业应用高性能计算时依然存在算力、弹性、存储吞吐量不足，运维管理和成本大等挑战。如何降本增效，提高高性能计算的性价比，成为企业高度关注的问题。联想集团作为全球高性能计算机（HPC）TOP500 和中国高性能计算机 TOP100 排行榜中领先的企业，不仅为生命科学各领域海量数据研究提供用于基因组学、蛋白质组学、药物研发等领域的超级计算机和高性能服务器以及大容量存储服务等基础设施，也围绕高性能服务器基础技术打造了齐全的产品线和严格的质量控制体系，进而为生命科学领域提供了一套覆盖研发、数据存储、生产及认证、销售等环节的完整技术链。当前，依托高性能计算平台，联想集团已经在全球为生命科学、基因测序等多个领域提供了成熟的高性能计算解决方案；联想集团交付的高性能计算集群，正在为研究机构、高等院校和企业的业务创新发挥着重要作用；针对医疗机构快速分析、共享海量元数据的需求，联想集团个性化构建了高性能的IT基础架构，提高医疗系统的性能、可靠性与灵活性，确保工作人员高效获取所需的科学计算资源，并轻松共享关键信息，从而节省了大量的时间和资源。在以算力为基础数字经济时代，联想集团将基于自身传承了30余年的强大技术基因，持续升级算力基础架构，发展算力服务，继续致力于创新和深化在生命科学等领域的高性能计算解决方案，为生命科学行业打造“最强数字大脑”，推动行业快速发展。 联想集团政府纵队总经理 傅 强联想中国基础设施业务群高性能计算与人工智能产品营销主任技术顾问郝常杰 联想高性能计算和人工智能医疗行业白皮书联想高性能计算和人工智能医疗行业白皮书0102联想高性能计算01高性能计算多年来一直是科技综合实力竞争的至高点，也在一定程度上反映了各大服务器厂商系统研发方面的实力。作为行业的技术领先者，联想集团在这一领域积累了长达20多年的丰厚经验，并在关键技术领域不断创新，取得大量里程碑式的成果。联想从2001年进军高性能服务器领域，是最早针对高等院校和科研院所进行产品开发与市场拓展的厂商，并在市场中一直处于技术领先地位。截止2022年，先后为数万个用户成功实施了高性能集群。曾经两次承担了中国科学院网络计算中心主节点的建设任务，并且成功地与威廉姆斯车队进行合作，成为国产品牌中最早将高性能业务拓展到海外的企业。联想顺应国际主流技术发展趋势，以市场需求为驱动，吸收国内外最新技术成果，进行了大量创新性研发，突破包括系统设计与优化、系统基础架构、系统软件等在内的一大批高性能服务器的关键核心技术，开发出一系列可扩展、易管理、好使用、稳定可靠的高性能服务器产品，并配备可满足用户个性化需求的行业解决方案，提供从系统层到应用软件层的全面解决方案和技术服务。联想高性能计算一贯秉承开放，融合和高效的理念，并以此来服务高性能计算各行各业，成就高性能计算客户。联想算力发展愿景面向传统科学计算和大模型，联想会坚持开放融合的技术路线，提供高效能算力解决方案开放融合高效EveryScale开放的硬件平台开放的软件平台技术交流与协作社区Lenovo Scalable Infrastructure (LeSI)FPGAAIAI4S融合联想智能计算平台LICOWeb图形界面/CLI/API客户的行业应用 HPC/AI硬件管理/用户管理服务器并行存储系统网络系统数据中心配套设施HPC工作流模板HPC数学库与编译器 作业调度 LSF/其他x86飞腾/海光GPU/寒武纪AI预训练模型/模板大数据虚拟化异构计算传统HPCAI TensorRT/NCCL/CuCNN容器：Docker/Singularity降低PUE联想会坚持开放融合的技术路线，提供高效能算力解决方案高效热转换模块(TTM)水冷背门(RDHX)液转风模块(L2A)液转液模块(L2L)直接温水冷却(DWC)提升作业效率 LSF提升存储性能 DSS-G提升网络速度和效率通过水冷技术提升计算能力通过水冷技术提高可靠性提高生产效率开放融合高效联想算力发展愿景 联想高性能计算和人工智能医疗行业白皮书联想高性能计算和人工智能医疗行业白皮书0304联想高性能计算解决方案白皮书042002年7月，联想研制成功“深腾1800”万亿次集群系统，安装在中科院数学与系统科学研究院。这是世界上第一个实际速度超过1万亿次的大规模集群系统。曾入选新华社2002年中国十大新闻及两院院士评选的2002年中国十大科技进展，并荣获2004年国家科技进步二等奖。2002年末，另一套深腾1800大规模集群系统安装在中科院大气物理所国家重点实验室。2002年12月30日，联想深腾1800中标大庆油田，使该油田第一次在国内实现三维叠前深度偏移地震资料处理。2003年，联想成功研制“国家网格主节点—联想深腾6800超级计算机”，安装在中科院计算机网络信息中心。这是当时世界上 Linpack 效率（78.5%）最高的高端通用计算机，其组合查询性能名列当时所有大型服务器的第四位，其典型应用MM5的测试结果在2004年3月列世界所有超级计算机的第一位。该机荣获2005年国家科学技术进步二等奖、2005年国家重点新产品奖、2004年信息产业重大技术发明奖。联想深腾6800自2004年初在网络中心对外服务以来，一直 7 X 24 小时稳定运行，在双星计划、气候模式计算、油藏模拟、材料科学计算、流体力学计算等领域取得了150多项重要计算成果。联想深腾系列高性能计算机成为最早进入世界TOP500的一批国产计算机，分列当时世界TOP500的第14、43、98和299名。这是一个历史性的突破，联想深腾系列高性能计算机已成为国际知名国内主流的品牌。联想在推动高性能技术产业化方面取得了突破性进展，联想的高性能计算机广泛应用于许多关键领域，在国民经济和社会发展中发挥重要作用。目前，集群已成为世界高性能计算机体系结构的主流，联想深腾1800、深腾6800和深腾7000为这一趋势的形成做出了重要贡献。2002年8月初，世界上主流并行编程环境MPI-ch的发明人、美国阿贡实验室 William Cropps 参观联想深腾1800后写道：“We see the future of clustering computing”。 联想在高性能服务器基础技术方面有着长期的积累，有齐全的产品线和严格的质量控制体系，为高性能计算机的研制和生产奠定了坚实的基础。在产品设计上，联想坚持用户导向的原则，同时结合对新技术的深入理解和消化吸收，始终遵循模块化设计思想，在充分综合考虑各模块精密配合和整机系统合理整合的基础上，先设计出最佳性价比、最稳定的产品方案，然后对方案进行工程计算仿真，同时不断地结合验证性实验，最终才形成可行的开发方案，从而保证为用户在最短的时间里开发出最贴近的具有竞争力的产品。在研究开发上，联想建立了与国际接轨的两级研发体系，即公司级研发平台和各事业部研发中心。公司级研发平台由联想研究院、软件中心、板卡中心和工业设计中心组成。事业部研发中心隶属于各事业部，直接承担具体的专项技术开发工作。联想在高性能服务器技术上已突破并拥有了自己的核心技术，拥有自主知识产权的系统设计与优化技术、系统监控技术、系统管理技术、高可用和负载均衡技术以及基础架构技术等关键技术，在高性能计算机系统技术方面已申请国家发明专利85项，其中，46项已获授权。在工程技术上，联想拥有针对服务器的部件及整机进行专业性测试的全套技术。部件测试包含外观、结构、功能、兼容性、可靠性、安全性、性能和环境8个方面的测试，以保证所有部件符合联想服务器技术特性和质量标准的要求，对服务器的核心部件如电源、内存，还建立了专业化的实验室，实现了部件的自动测试。如全球技术领先的自动电源测试实验室和自动内存测试实验室，国内功能最全面、技术最先进的系统测试实验室，以及高温实验室、电磁兼容检测实验室、噪音实验室、湿热实验室等等，所有产品需要在这些实验室中通过一系列的严格检测，只有通过了这一系列的严格检测的服务器产品，才可以顺利出厂，提供给客户。联想始终严格执行国际标准的质量控制体系，是国内最早通过ISO9000－2000版质量认证体系的服务器厂商。在技术服务与方案上，联想服务器应用方案中心拥有雄厚的技术力量，在硬件平台、操作系统、数据库、软件、网络、存储、集群技术等方面有着多年的技术和经验积累，可以分别从不同的技术层面为用户提供有效的产品应用和方案支持服务。中心拥有先进的实验环境，包括方案集成实验室、性能评测实验室、数据中心、客户实验室四个部分，为用户提供方案开发、测试、方案移植、优化以及培训、咨询等服务，及时、快速、可靠地解决用户系统在使用过程中所遇到的技术问题，使客户的系统可以更加安全稳定地运行，以保障和促进客户业务的顺利开展并取得更大的成功。2014年9月29日，联想宣布完成对IBM x86业务的收购，从此，具有丰富的高性能计算方面经验的原IBM x86 大批HPC专家加入了联想。 联想高性能计算和人工智能医疗行业白皮书06进入联想的原IBM x86部门熟悉应用的行业专家非常了解行业用户的需求，他们会针对行业的具体情况，与行业应用软件开发商密切配合，提供切实可行的解决方案，使得行业HPC用户的应用得以快速部署。2016年7月1日 ，从ISC 2016凯旋归来的联想集团再度吹响集结号，在北京隆重召开了以“开启E级计算新篇章”为主题的首届全球高性能计算峰会。本次大会联想正式发布了面向 E级计算的高性能计算机系统深腾x8800。2018年6月30日，联想正式升级高性能计算机系统为深腾x9000，这是联想面向智能计算的统一平台，该平台涵盖传统高性能计算和人工智能技术。这是联想集团3S战略的具体方案落地，也是向人工智能方向迈出的一大步。2021年12月14日，上海交大校友、联想集团董事长兼CEO杨元庆捐建的高性能计算中心在上海交大李政道研究所揭牌启用。这套高性能计算设备被命名为“思源一号”，每秒运算可达6千万亿次，其算力为中国高校第1，全球HPC TOP500第132。上海交大杨元庆科学计算中心坐落于张江科学城的李政道研究所实验楼内。李政道研究所实验楼于2021年12月3日正式启用，目前已聚集若干学术大师领衔的研究团队，吸引了一批科技创新活力的青年才俊，围绕粒子与核物理、天文与天体物理、量子基础科学等研究方向，开展了多个前沿领域原创性基础研究，实验平台建设正稳步推进。这些领域的科学研究，恰恰最需要高性能计