年初，新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）爆發。在這次抗擊新冠病毒疫情的過程中，我們可以看到，無論是病毒研究還是治療藥物篩選，不斷有新的階段性研究成果發佈。與17年前的非典相比，此次，治療上如此迅速的反應，一方面各醫療、研究機構快速投身到治療方案的制定、藥物篩選研究當中；另一方面，17年間科技的跨越式發展，為藥物研究提供了有力的技術支持，大量的新興技術被應用到藥物研究當中，其中，人工智能技術更是發揮了顯著作用。
如今，人工智能技術已經被廣泛應用於醫療健康領域，從輔助治療到藥物篩選，再到新藥研發等，都發揮了重要作用。在此次抗擊疫情的戰役中，人工智能技術也發揮著重要作用，尤其是在最受大家關心的抗新冠病毒藥物篩選和疫苗研發工作中，在人工智能技術支持下，不斷有研究團隊發佈新的研究成果。
其中，由上海交通大學魏冬青教授所領導的研究團隊就正在藉助人工智能技術進行抗病毒藥物研究。魏冬青教授任職於上海交通大學生命科學技術學院，主要從事計算結構生物學與生物物理學研究。其在日常研究當中就大量應用人工智能技術，藉助於計算機輔助，通過分子動力學模擬實驗進行藥物篩選、發現及設計研究。
上海交通大學魏冬青教授及研究團隊
早在疫情爆發之初，魏教授就帶領團隊第一時間投入到了抗新冠病毒藥物的研究當中。目前，研究團隊正在基於5臺性能超強大的NVIDIA DGX-2人工智能計算平臺，結合自主開發的人工智能軟件，緊鑼密鼓地推進著抗病毒藥物的研發工作。魏教授團隊當前的研究工作主要關注於三個方面：探索八肽對抗新冠病毒的可能性、研究新冠病毒感染機制，和抗病毒疫苗設計，並已取得了階段性的成果。
天文級計算規模，需最先進的AI平臺
此次抗新冠病毒藥物研究，魏教授團隊之所以會果斷地選擇DGX-2作為核心算力，也是源於魏教授在日常研究中對於人工智能技術的應用經驗。
據魏教授介紹，在醫藥學研究中，利用分子動力模擬實驗進行藥物研究是件十分龐雜的工作。在這個過程中會涉及大量的非結構性數據，有時還存在數據較少、負樣本不足乃至數據不平衡等情況，需要人工智能技術的幫助，來解決藥物研究過程中信息雜亂的問題，從而實現針對病毒、蛋白酶、靶標和化合物的自動化藥物打分、評估，進而進行自動化的藥物篩選。
而且，現今分子種類眾多，在一些全球最大的數據庫中，其所包含的分子數量更是超過3000萬種。如果需要再進一步研究蛋白質之間的相互作用，其所涉及的計算量更是將會達到天文級的計算水平，面對如此複雜的模擬過程和龐大的計算量，唯有最先進的人工智能技術與計算平臺才能夠幫助研究者實現突破性的科研成果。
超強DGX-2 AI計算平臺，成科研突破超強助手
由於考慮到新藥需要較長週期才能應用於臨床，魏教授帶領研究團隊選擇利用人工智能技術進行分子動力學模擬，在現有小分子藥物（包括FDA已批准的藥物）中篩選能夠對新冠病毒起到抑制性作用的藥物，以實現老藥新用，進而可以馬上進行臨床應用。
據魏教授介紹，在藥物篩選過程中，研究團隊需要對幾十萬種分子進行分子動力學模擬計算，面對如此大規模的計算量，如按照目前常規的算力條件，團隊需要１到２個月的時間才能完成全部模擬。但是疫情面前，時間就是生命。
考慮到在疫情肆虐的時期，需要在最短的時間內，以最快的速度研究出能夠有效的藥物，魏教授的團隊基於日常研究實驗中對於各類計算平臺的應用感受，最終決定採用５臺NVIDIA DGX-２人工智能超級計算機用於此次的研究。
DGX-2人工智能超級計算機是NVIDIA GPU計算和存儲能力的集大成者，其配置了16張NVIDIA Tesla V100 GPU， 可擴展架構使得模型的複雜性和應用的規模不受傳統架構侷限性的限制，由多臺DGX-2組成的GPU集群更是可以輕鬆應對數據科學各種複雜的AI和HPC挑戰。
而且，搭載了NGC的DGX-2真正實現了軟硬一體，即插即用。NGC 是NVIDIA針對GPU優化的AI和HPC軟件堆棧的容器平臺，提供超過50種相關應用和框架的鏡像，簡化了軟件部署流程和軟硬件協同調優流程。通過NGC，NVIDIA能夠為用戶提供經過特別優化處理的容器鏡像，進一步優化提升計算能力。
由於DGX-2已搭載了NGC，因此用戶無需再擔心會在運行應用時遇到編譯流程複雜、應用優化需與最新硬件適配、AI領域實驗復現和環境管理難等問題，從而實現快速部署快速應用，可以實現即插即用。這一點，在像此次這般應對突發狀況，需要爭分奪秒的情況下，顯得尤為重要。
魏教授談到，“當今許多最前沿的科學研究都對計算資源有著強大需求，DGX-2這種市場上性能最強大的AI計算平臺可以說得上是助力數據科學研究的超強助手。”
高速篩選抗病毒藥物，從2個月到2天
有了超高性能的計算資源助力，再配合先進的醫學研究深度學習軟件，團隊的藥物研究進程得到了極大地提速，原本需要1到2個月才能完成的模擬計算，如今只用1到2天就完成了，計算速度極大提升使得藥物的研究效率得到大幅提升。
目前魏教授帶領的研究團隊已經取得了階段性的成果。在抗新冠病毒藥物研究方面，目前研究團隊已通過實驗證明一種八肽能夠對新型冠狀病毒起到一定抑制作用，現在團隊正在合成設計的多肽，後續將交由深圳和上海疾控中心進行藥效評估。此外，研究團隊正在對中醫藥提取物中的分子進行模擬計算，篩選出有潛力的分子物質，以確定哪些中醫藥材能夠用於新冠肺炎疫情的治療當中。
為儘快確認傳染源和傳播途徑、制定高效的防控策略，研究團隊還在藉助於DGX-2系統，通過對新冠病毒的spike-蛋白的結構進行模擬計算，以揭示其與人ACE2蛋白作用並介導傳染人的分子作用通路。
人工智能與疫苗設計
另外，在抗病毒疫苗設計方面，研究團隊也正在利用自主研發的人工智能軟件A-CaMP, WeiDock, DTI-CDF等軟件開展抗新冠病毒疫苗研究。相關軟件主要基於深度學習人工智能算法進行疫苗設計，並利用DGX-2人工智能平臺，進行超大規模模擬實驗和數據訓練，從而驗證相關疫苗設計的有效性和安全性，甚至可以對有效佐劑提供建議。目前相關工作正在順利進行中，預計將很快有成果呈現。
從10多篇到90篇，人工智能助力科學研究提速
特殊時期AI大顯身手的背後，是在日常生活中，AI 技術正在推動著科學研究速度不斷大幅提升。這一點，從魏教授這幾年的論文發表數量對比上就能窺見一二。過去，在使用傳統方法，不借助人工智能的情況下，魏教授每三年發表的研究成果論文只有大概4到5篇，最多10多篇；但近幾年，藉助於AI技術的廣泛應用，魏教授帶領團隊在3年的時間裡發表了90餘篇論文成果，科研進程相比於過去有了極大的提速。先進的人工智能技術與強大的算力資源已經成了推進科學研究實現突破的不可或缺之利器。
此次新型冠狀病毒的蔓延，不光是對個人免疫力的考驗，也是對諸如人工智能這樣的各類新興技術的考察。作為人工智能領域的領導者及GPU的發明者，NVIDIA一直以來都在推動著人工智能計算技術更快更強，但技術的最終目標是幫助人們解決過去難以解決的難題，讓人們的生活更加美好，讓人們更加健康地生活。如今GPU加速的人工智能已在醫療健康領域取得了很多成果應用，在這場抗擊新型冠狀病毒的戰役中，人工智能與GPU加速計算也必將發揮重要作用，與科研工作者們共同打贏這場疫情阻擊戰。
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