11月17日，美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（ACM）公布2022年度戈登貝爾新冠特別獎(jiǎng)評(píng)選結(jié)果。北京大學(xué)深圳研究生院信息工程學(xué)院與鵬城實(shí)驗(yàn)室、山東大學(xué)組成的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在自行研發(fā)的鵬程·神農(nóng)生物信息研究平臺(tái)上完成的“領(lǐng)先于病毒的進(jìn)化——通過人工智能模擬預(yù)測(cè)未來高風(fēng)險(xiǎn)新冠病毒變異株”研究項(xiàng)目成功入圍2022年度“戈登貝爾新冠特別獎(jiǎng)”，也是本次入圍的唯一來自中國(guó)團(tuán)隊(duì)的項(xiàng)目。北大主要參與者是來自信息工程學(xué)院的田永鴻教授、陳杰副教授和博士研究生聶志偉和來自數(shù)學(xué)科學(xué)學(xué)院的楊超教授。該成果由美國(guó)華盛頓大學(xué)醫(yī)院院長(zhǎng)John Lynch教授、捷克查爾斯大學(xué)Martina Koziar Vasakova教授、西湖大學(xué)周強(qiáng)教授提名推薦。入圍該獎(jiǎng)的其余兩個(gè)團(tuán)隊(duì)為：美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、英偉達(dá)、芝加哥大學(xué)、加州理工學(xué)院聯(lián)合團(tuán)隊(duì)及美國(guó)橡樹嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)。鵬程·神農(nóng)團(tuán)隊(duì)于眾多世界級(jí)頂尖強(qiáng)隊(duì)中脫穎而出，名列前茅，足見中國(guó)人工智能在計(jì)算集群和科研創(chuàng)新領(lǐng)域已處于全球頂尖水平。

鵬程·神農(nóng)是基于“鵬城云腦Ⅱ”超大規(guī)模算力集群和昇思Mind Spore AI框架聯(lián)合打造的面向生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的新一代數(shù)據(jù)密集型生命科學(xué)精準(zhǔn)計(jì)算平臺(tái)。該平臺(tái)依托生物大數(shù)據(jù)、計(jì)算生物學(xué)理論和技術(shù)、人工智能算法和計(jì)算集群，實(shí)現(xiàn)新藥創(chuàng)制和病毒演化預(yù)測(cè)。

團(tuán)隊(duì)研發(fā)了首個(gè)面向新冠病毒RBD區(qū)域變異的全環(huán)節(jié)模擬流程，通過多層次優(yōu)化的計(jì)算策略、國(guó)際領(lǐng)先的新冠病毒變異體精準(zhǔn)評(píng)價(jià)篩選算法，實(shí)現(xiàn)了對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)變異株的演化模擬及精準(zhǔn)預(yù)測(cè)。

圖1. 首個(gè)面向新冠病毒RBD區(qū)域變異的AI模擬工作

圖2. 依托“鵬城云腦Ⅱ”的大規(guī)模并行病毒變異模擬全流程

為了在高維變異空間中實(shí)現(xiàn)高性能預(yù)測(cè)，團(tuán)隊(duì)充分融合專家知識(shí)，復(fù)刻病毒在真實(shí)世界中的變異規(guī)律，構(gòu)建基于神農(nóng)大模型的變異體生成器。生成的海量變異體通過多層次的精準(zhǔn)病毒關(guān)鍵性質(zhì)預(yù)測(cè)算法，進(jìn)行高通量篩選，以模擬病毒在真實(shí)世界變異過程所面臨的篩選壓力，每秒可生成、篩選超百萬條變異體，每天可生成、篩選超10¹¹條變異體。同時(shí)通過遞進(jìn)循環(huán)微調(diào)的范式，逐步縮小病毒的變異空間，最終實(shí)現(xiàn)病毒的全流程變異模擬。團(tuán)隊(duì)在兩天內(nèi)實(shí)現(xiàn)了新冠病毒Alpha、Beta、Gamma、Delta、Omicron BA.5等主流毒株的變異模擬，且可以準(zhǔn)確預(yù)測(cè)大多數(shù)的高風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)變異株，包括BF.7、BQ.1、BA.4.6等。

病毒變異不斷沖擊著人類抗疫戰(zhàn)線。在新冠病毒新變種不斷出現(xiàn)的情況下，對(duì)潛在高風(fēng)險(xiǎn)變異株的預(yù)測(cè)有助于疫苗和藥物研發(fā)的提前部署，為疫情防控決策提供有力支撐。

圖3. 神農(nóng)AI大模型在兩天內(nèi)實(shí)現(xiàn)了對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)變異株的演化模擬和精準(zhǔn)預(yù)測(cè)

設(shè)立于1987年的“戈登貝爾獎(jiǎng)”是國(guó)際上高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域的最高學(xué)術(shù)獎(jiǎng)項(xiàng)，主要頒發(fā)給高性能應(yīng)用領(lǐng)域最杰出成就，被稱為“超算領(lǐng)域的諾貝爾獎(jiǎng)”。在2016年之前，美國(guó)、日本曾壟斷該獎(jiǎng)項(xiàng)長(zhǎng)達(dá)近30年。該獎(jiǎng)項(xiàng)由ACM每年評(píng)選和頒發(fā)。由于新冠肺炎疫情的暴發(fā)，ACM于2020年首次設(shè)立了“戈登貝爾獎(jiǎng)新冠特別獎(jiǎng)（ACM Gordon Bell Special Prize for HPC-Based COVID-19 Research）”，以表彰在“超算抗疫”領(lǐng)域取得杰出成就的研究成果。

來源：北京大學(xué)深圳研究生院信息工程學(xué)院