高軍暉+管哲人+劉釗+鐘盈福+高竹+魏冬青

摘 要：“神威·太湖之光”計(jì)算系統(tǒng)是我國(guó)第一臺(tái)全部采用國(guó)產(chǎn)處理器構(gòu)建的超級(jí)計(jì)算機(jī)，AutoDockVina是一款由MGL實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的分子對(duì)接軟件。該文論述分子對(duì)接軟件AutoDockVina在太湖之光操作系統(tǒng)上的移植工作，包括AutoDockVina在“神威·太湖之光”上的編譯過(guò)程、測(cè)試過(guò)程和今后的工作方向。測(cè)試結(jié)果表明，vina在“神威·太湖之光”上的運(yùn)算速度正常、運(yùn)算結(jié)果正確，表明我們的移植工作取得了初步的成功。

關(guān)鍵詞：AutoDockVina 神威·太湖之光 軟件移植 編譯 測(cè)試

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2016）08（b）-0089-02

1 “神威·太湖之光”計(jì)算系統(tǒng)

“神威·太湖之光”計(jì)算系統(tǒng)是國(guó)家“863計(jì)劃”重大專項(xiàng)研究成果，是我國(guó)第一臺(tái)全部采用國(guó)產(chǎn)處理器構(gòu)建的超級(jí)計(jì)算機(jī)，由國(guó)家并行計(jì)算機(jī)工程技術(shù)研究中心研制[1]。在2016年6月20日世界TOP500超級(jí)計(jì)算機(jī)排名中，“神威·太湖之光”系統(tǒng)峰值運(yùn)算性能（125.436PFlops）、持續(xù)運(yùn)算性能（93.015PFlops）、性能功耗比（6.05GFlops/W）三項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)均位居世界第一。

“神威·太湖之光”計(jì)算系統(tǒng)共包含了40 960個(gè)“申威26010”眾核處理器?！吧晖?6010”是由國(guó)家“核高基”重大專項(xiàng)支持的我國(guó)第一款自主研發(fā)的眾核處理器，由國(guó)家高性能集成電路設(shè)計(jì)中心研制，性能國(guó)際領(lǐng)先，并成功量產(chǎn)，打破了美國(guó)對(duì)我國(guó)的技術(shù)封鎖。處理器基于申威（SW-64）指令集，采用片上融合異構(gòu)眾核架構(gòu)和FCBGA3832封裝，單個(gè)處理器包含了260個(gè)運(yùn)算核心?！吧裢ぬ狻本哂惺澜珙I(lǐng)先水平的超大規(guī)模系統(tǒng)低功耗控制技術(shù)和高密度組裝，比目前世界排名第二的系統(tǒng)節(jié)能60%以上，單機(jī)倉(cāng)組裝密度居世界第一。

同時(shí)，基于“神威·太湖之光”系統(tǒng)自主研發(fā)軟件，建立了基于申威CPU的高性能計(jì)算軟件生態(tài)鏈。目前“神威·太湖之光”計(jì)算系統(tǒng)開始應(yīng)用于四個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域：先進(jìn)制造業(yè)應(yīng)用（CFD、CAE）、地球系統(tǒng)建模和天氣預(yù)報(bào)、生物醫(yī)藥領(lǐng)域的計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析。

2 分子對(duì)接軟件AutoDockVina

AutoDock是一款開源的分子模擬軟件，最主要應(yīng)用于執(zhí)行配體—蛋白分子對(duì)接[2～3]。它由Scripps研究所的Olson實(shí)驗(yàn)室開發(fā)與維護(hù)，目前最新版本為AutoDock 4.2。AutoDockVina也是一款由MGL實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的分子對(duì)接軟件。與AutoDock 4.0相比，AutoDockVina提高了結(jié)合模式預(yù)測(cè)的平均準(zhǔn)確度，通過(guò)使用更簡(jiǎn)單的打分函數(shù)加快了搜索速度，并且在處理約20個(gè)可旋轉(zhuǎn)鍵的體系時(shí)仍然能提供重現(xiàn)性較好的對(duì)接結(jié)果。

3 AutoDockVina在太湖之光上的編譯

“神威·太湖之光”計(jì)算系統(tǒng)采用基于Linux的神威Raise OS 2.0.5作為操作系統(tǒng)，多核心處理器的基本軟件堆棧包括基本的編譯器組件，包括C、C++和Fortran編譯器。C語(yǔ)言，支持C99標(biāo)準(zhǔn)。C++語(yǔ)言，支持C++03標(biāo)準(zhǔn)，并提供支持C++11標(biāo)準(zhǔn)的SWGCC編譯環(huán)境（從核不支持C++）。Fortran語(yǔ)言，支持Fortran2003標(biāo)準(zhǔn)中主要的功能，滿足實(shí)際課題需求。

第一步，下載AutoDockVina源碼[4]。從Scripps研究所的官網(wǎng)下載AutoDockVina源碼，最新的版本是1_1_2。

第二步，安裝Boost庫(kù)[5]。Boost庫(kù)是一個(gè)可移植、提供源代碼的C++庫(kù)，作為標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)的后備，是C++標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程的開發(fā)引擎之一。下載版本1.41.0的Boost，使用“神威·太湖之光”的SWGCC編譯[6]，編譯完成后運(yùn)行其中的例子，以確保Boost庫(kù)被正確的編譯。

第三步，編譯AutoDockVina。編輯AutoDockVina源碼中的Makefile，定義Boost的版本和路徑，指定編譯器為SWGCC。運(yùn)行Make，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，編譯完成。

通過(guò)上述步驟，AutoDockVina被成功移植到了“神威·太湖之光”計(jì)算系統(tǒng)。

4 AutoDockVina在太湖之光上的測(cè)試

我們通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)測(cè)試編譯是否成功。從PDB[7]網(wǎng)站獲取蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)文件，我們下載了編號(hào)為3ik0蛋白結(jié)構(gòu)文件。使用OpenBabel[8]軟件把蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)文件和小分子結(jié)構(gòu)文件均轉(zhuǎn)化成pdbqt格式，編寫好vina運(yùn)行需要的config.txt文件?，F(xiàn)在可以開始分子對(duì)接了，利用“神威·太湖之光”上面的bsub作業(yè)提交系統(tǒng)運(yùn)行vina，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，程序運(yùn)行結(jié)束，輸出了計(jì)算結(jié)果，結(jié)果文件中列出了9個(gè)結(jié)合自由能最低的模式。

我們的測(cè)試環(huán)境是一個(gè)CPU，主頻為1.5 GHz。一個(gè)CPU有4個(gè)核組。如果只用其中的一個(gè)核，運(yùn)行vina進(jìn)行3ik0蛋白分子對(duì)接的時(shí)間為14 min多一點(diǎn)點(diǎn)。如果四個(gè)核都用上，時(shí)間在220 s左右。

由于vina中采用了選擇隨機(jī)種子的方法，與x86機(jī)器上的運(yùn)行結(jié)果類似，在“神威·太湖之光”每一次輸出的結(jié)果也會(huì)不一樣。針對(duì)3ik0蛋白的分子對(duì)接，“神威·太湖之光”上面得到的最佳匹配模式對(duì)應(yīng)的結(jié)合自由能變化可以達(dá)到-8.5 kal/mol，這個(gè)結(jié)果與x86機(jī)器上的運(yùn)行結(jié)果也非常非常接近。

以上測(cè)試進(jìn)行了很多次，結(jié)果穩(wěn)定。測(cè)試結(jié)果表明，vina在“神威·太湖之光”上的運(yùn)算速度正常、運(yùn)算結(jié)果正確。

5 結(jié)語(yǔ)

該文的工作表明，AutoDockVina的移植工作取得了初步的成功，也說(shuō)明了“神威·太湖之光”兼容性非常好。然而我們的工作還沒(méi)有結(jié)束，后面我們還要進(jìn)行優(yōu)化工作，包括從核的利用，多CPU的運(yùn)行等。

參考文獻(xiàn)

[1] Fu Haohuan，J Liao，J Yang，et al.The Sunway Taihu Light supercomputer：system and applications[J].Science China Infromation Sciences，2016，59（7）：1-16.

[2] Huey， R.， Morris， G. M.， Olson， A. J. ，et al.A semiempirical free energy force field with charge-based desolvation[J].Computational Chemistry，2007（28）：1145-1152.

[3] Goodsell， D. S.， Morris， G. M.，Olson， A. J..Automated docking of flexible ligands： applications of AutoDock[J].Journal of Molecular Recognition，1996（1）：1-5.

[4] The current version is 1.1.2[EB/OL].（2011-05-11）.http：//vina.scripps.edu/download.html.

[5] Boost C++ Libraries[EB/OL].http：//www.boost.org/.

[6] 國(guó)家超級(jí)計(jì)算無(wú)錫中心.神威﹒太湖之光系統(tǒng)并行程序設(shè)計(jì)指南[Z].

[7] A Structural View of Biology[EB/OL].http：//www.rcsb.org/pdb/home/home.do.

[8] Open Babel：The Open Source Chemistry Toolbox[EB/OL].http：//openbabel.org/wiki/Main_Page.