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2025年1月
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發(fā)布時間: 2025-10-28
冷凍電鏡技術(shù)是解析生物大分子三維結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵手段，曾獲2017年諾貝爾化學(xué)獎，并在新冠病毒結(jié)構(gòu)解析中發(fā)揮重要作用。然而，該技術(shù)的數(shù)據(jù)處理面臨圖像信噪比低、計算規(guī)模巨大、重構(gòu)耗時長等挑戰(zhàn)，尤其在大規(guī)模原位結(jié)構(gòu)解析中缺乏高效算法與軟件支持。
經(jīng)過長期技術(shù)攻關(guān)，北京理工大學(xué)基于“DeepAI深算智能引擎+國產(chǎn)GPU加速卡”，成功研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大規(guī)模冷凍電鏡圖像原位重構(gòu)軟件——DisSPA，通過中科曙光提供的國產(chǎn)算力實現(xiàn)對冷凍電鏡圖像的高效、高精度原位結(jié)構(gòu)解析，標(biāo)志著我國在生物計算與結(jié)構(gòu)生物學(xué)交叉領(lǐng)域取得重要突破。
項目團隊創(chuàng)新性提出并實現(xiàn)了基于國產(chǎn)GPU加速卡的并行化緩存方案與多卡GPU-FFT技術(shù)，顯著降低預(yù)處理時間與內(nèi)存負(fù)載，解決了傳統(tǒng)方法中模板匹配效率低、存儲需求大等瓶頸。
在實際測試中，DisSPA在國產(chǎn)GPU單卡上相比CPU單核實現(xiàn)高達(dá)961.9倍的性能提升，相比32核CPU也有30.9倍性能提升。在處理400張大規(guī)模圖像數(shù)據(jù)時，僅需22分鐘即可完成重構(gòu)，遠(yuǎn)超傳統(tǒng)處理效率。
目前，DisSPA已完成在多家單位的應(yīng)用示范，支持紅藻捕光系統(tǒng)、酵母核糖體等典型生物結(jié)構(gòu)的原位解析，驗證了其在高精度結(jié)構(gòu)解析中的可靠性與實用性，具備大規(guī)模對外服務(wù)能力。
未來，北京理工大學(xué)將與中科曙光持續(xù)推進DisSPA的推廣應(yīng)用，開展系列培訓(xùn)與學(xué)術(shù)交流，助力更多生物學(xué)家高效獲取高分辨率原位結(jié)構(gòu)，推動我國在結(jié)構(gòu)生物學(xué)與人工智能交叉領(lǐng)域的前沿發(fā)展。
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