NVIDIA

NVIDIA Success Story



Life Sciences
 

馬克斯普朗克科學促進協會為一非營利性質的獨立機構,總部位於德國。就像全球大部分的科學研究組織一般,此協會位於哥廷根的研究單位必須大幅仰賴計算,做為進行及分析研究結果的重要工具。對於Holger Stark教授及其團隊而言,他們所進行的3D高解析度低溫電子顯微鏡研究,已因該機構採用繪圖處理器(GPU)的平行運算處理能力而大幅加速,此強大的處理能力來自於NVIDIA的CUDA和Tesla技術。

挑戰


Stark教授的研究宗旨為讓人們進一步瞭解微小奈米分子的結構及其3D動作,此奈米分子就是所謂的高分子。存在於每一生命細胞中,這些生物「機器」為負責最基礎的生命程序,所以取得其機制的精確圖像是非常重要的。例如,藉由作用於細菌中特定高分子(即所謂的核醣體)的機能,抗生素始得以發揮效果。因此,對於這些核醣體和其機能的詳細瞭解便相當重要,讓醫療研究人員得以發展療效更佳的藥物。

為取得更精細的高分子3D影像,Stark教授的團隊採用低溫電子顯微鏡。雖然現在的低溫電子顯微鏡的解析度已高於兩個獨立原子間的距離,然而被研究的生物結構將會因強烈的電子束而遭到破壞。為避免破壞生物結構,團隊會將樣本降至極低的溫度,然後再使用相對較弱的電子束去觀察分子結構和3D動作。但是由於低解析度會產生「雜訊」的影像,之後需被清除,因此研究人員開發出專門的3D影像處理工具,能減少雜訊並快速調校多個影像以提升準確度。

利用具有48個核心的中央處理器叢集,此團隊能在大約七天的時間內調校15,000幅影像。然而,以這樣的速率進行,若要達成調校100萬幅影像的目標,所研究的每一個高分子都需要耗費約1.3年的時間。

解決方案


在2008年2月,此協會位於哥廷根的研究單位成為全球首個安裝NVIDIA® Tesla™的機構,其伺服器組態配備有200顆繪圖處理器。藉由使用NVIDIA CUDA™程式語言在Tesla伺服器解決方案上運作他們的演算法,研究人員能利用繪圖處理器所提供的強大平行運算處理能力,以快上許多的速度執行計算。

藉由此繪圖處理器組態,1百萬幅影像的調校現在僅需14個小時的時間---速度為先前中央處理器叢集最快速度的800倍。由於成效顯著,此機構計劃進一步擴充其Tesla設備,讓全部的影像調校能在短短的九小時內完成;此舉將讓哥廷根繪圖處理器叢集的理論效能值和全球最強大的超級電腦無分軒輊。

「NVIDIA的繪圖處理器技術正是我們的團隊所需要的,」Stark表示,「而且它來得正是時候。此技術讓我們的工作有所不同,這樣的改變是非常重要的,現在,我們執行計算的時間僅需短短幾個小時,這在以前的中央處理器系統上執行的速度是相當緩慢的。此技術讓我們能加速創新和探索。」

影響


以全新的視野觀察抗生素和細菌中高分子間的關係,將有助於發展更具效果的藥物和抗生素。我們期望此一發展能有助於疾病及術後的快速康復,終極目標則是拯救生命。