在全球科技競爭日益激烈的今天，推動前沿生物技術的創(chuàng)新應用成為國家科技發(fā)展的核心任務之一。作為中國農(nóng)業(yè)科研領域的重要機構，中國農(nóng)業(yè)科學院北京畜牧獸醫(yī)研究所（以下簡稱牧醫(yī)所）以其深厚的科研實力和強大的技術積淀，以“服務行業(yè)，服務政府，服務社會”為己任，為我國“三農(nóng)”事業(yè)發(fā)展作出了重要貢獻。

隨著人工智能大模型、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術的深入應用，科學研究更加依賴于算力、存力等基礎施的先進性。2024年9月20日，中國農(nóng)業(yè)科學院與華為簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，共同推進農(nóng)業(yè)科學研究。通過構建高性能計算平臺，為基因組育種、多組學分析等前沿生物技術應用提供支撐。

新時代科研創(chuàng)新對數(shù)據(jù)基礎設施

提出了更高的要求

隨著基因組學、轉(zhuǎn)錄組學、蛋白質(zhì)組學和代謝組學等多組學分析技術的迅速發(fā)展，農(nóng)業(yè)領域?qū)?shù)據(jù)處理和計算能力的需求也在急劇增長。牧醫(yī)所作為國內(nèi)農(nóng)業(yè)科學研究的重鎮(zhèn)，堅持“四個面向”，建設“兩個一流”，引領我國畜牧科技跨越發(fā)展，為實現(xiàn)畜牧業(yè)現(xiàn)代化提供科技支撐。然而，在日?？蒲泄ぷ髦?，科研人員面臨著以下幾個主要問題：

大規(guī)模數(shù)據(jù)分析任務對大算力需求陡增

基因組數(shù)據(jù)和多組學數(shù)據(jù)的生成速度和數(shù)據(jù)量極為龐大，傳統(tǒng)的計算資源和技術難以滿足如此高強度的數(shù)據(jù)處理和分析需求?？蒲许椖繌碗s度的提升使得對計算能力的需求呈指數(shù)級增長，而現(xiàn)有的計算資源無法高效支撐如此大規(guī)模的分析任務，導致科研效率和成果轉(zhuǎn)化速度受限。如：基因關聯(lián)分析的場景，傳統(tǒng)的方式采用串行的方式，一個算法運行完之后才能運行下一個算法，分析時間長，另外隨著數(shù)據(jù)量暴漲、算法的復雜度的提升，對算力的性能要求也越來越高，傳統(tǒng)的算力已無法滿足需求。

多樣化科研需求需要靈活高效的異構計算能力支撐

牧醫(yī)所主要的科研方向涉及多個領域，包括動物遺傳育種、動物生物技術與繁殖、動物營養(yǎng)與飼料等。這些領域的研究需要多種計算方式的綜合應用，涵蓋從大規(guī)模數(shù)據(jù)存儲、實時計算到復雜的模型仿真等多層次、多維度的需求。如何靈活調(diào)度和高效利用異構計算資源成為一大挑戰(zhàn)。

高效管理、分析并共享海量數(shù)據(jù)

大量的實驗數(shù)據(jù)需要被有效存儲、處理和共享。在數(shù)據(jù)治理方面，傳統(tǒng)的管理方式往往難以保障數(shù)據(jù)的完整性和安全性，也影響了跨團隊、跨學科的協(xié)作效率。如何高效管理、分析并共享這些海量數(shù)據(jù)，成為提升科研效率的關鍵。

鯤鵬高性能計算平臺迎接挑戰(zhàn)

針對牧醫(yī)所在高性能計算方面面臨的挑戰(zhàn)，華為提供了基于鯤鵬的高性能計算平臺及解決方案，包括：應用優(yōu)化、管理調(diào)度、基礎軟件、基礎硬件能力，幫助牧醫(yī)所實現(xiàn)了從計算資源到數(shù)據(jù)管理的全面升級。

華為高性能計算解決方案架構

鯤鵬+昇騰

構建高效的計算平臺

華為的高性能計算平臺基于自有的昇騰AI計算芯片，結合鯤鵬服務器和全棧存儲解決方案，為科研團隊提供了強大的計算能力。昇騰AI芯片專為AI和大數(shù)據(jù)計算設計，能夠處理復雜的生物學計算任務，如基因組序列比對、多組學數(shù)據(jù)分析等。鯤鵬服務器則提供了極高的并行計算能力，能夠支持大規(guī)模的科學計算和高性能數(shù)據(jù)處理。

湖倉一體，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效存儲與治理

華為結合其云計算和大數(shù)據(jù)技術，幫助牧醫(yī)所搭建了統(tǒng)一的科研數(shù)據(jù)平臺。該平臺能夠支持大數(shù)據(jù)的存儲、治理與分析，通過數(shù)據(jù)湖和數(shù)據(jù)倉庫的深度整合，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的全生命周期管理。數(shù)據(jù)治理平臺通過智能化的數(shù)據(jù)清洗、轉(zhuǎn)換和分析技術，提高了數(shù)據(jù)的準確性和利用效率，為科研人員提供了更為精準的數(shù)據(jù)支持。

多瑙管理平臺，實現(xiàn)智能調(diào)度與計算資源靈活應用

在科研項目中，不同的科研需求需要使用不同類型的計算資源。華為高性能計算平臺能夠根據(jù)具體需求，靈活調(diào)度計算資源，優(yōu)化計算任務的執(zhí)行路徑，不僅大幅提升了計算效率，還降低了資源浪費，實現(xiàn)了計算能力的最大化利用。

多瑙管理平臺

科技賦能

助力農(nóng)業(yè)提質(zhì)增效

農(nóng)業(yè)科研軟件鯤鵬遷移適配后，性能提升明顯

農(nóng)業(yè)科研運行軟件過去以X86架構為主，2023年開始，華為與牧醫(yī)所科研團隊進行了深入溝通，在對科研一線的具體現(xiàn)狀做了充分了解后，依托北京鯤鵬創(chuàng)新中心，陸續(xù)為農(nóng)科院開展生信軟件適配工作，目前已適配了如：stringtie、subread、htslib、Salmom、BWA、hisat2、R、python、plink、STAR、fastp、anaconda、bcftools、gatk、gffread、vcftools、Rstudio、souporcell、GCTA、aspera、DecodeGenetics、busco等數(shù)十款軟件，為農(nóng)業(yè)科研在自主創(chuàng)新路線上奠定了基礎，從可用到好用實現(xiàn)了飛躍。

加快基因育種，為畜禽新品種研發(fā)提速

基因育種是提高養(yǎng)殖效率、畜產(chǎn)品品質(zhì)和抗病力的關鍵技術之一。傳統(tǒng)的基因育種研究依賴大量的實驗數(shù)據(jù)和計算分析，尤其是在基因組分析方面、計算能力至關重要。借助華為高性能計算平臺，牧醫(yī)所能夠高效處理海量基因組數(shù)據(jù)，加速了畜禽新品種培育的研發(fā)過程。同時，平臺強大的計算能力還幫助科研人員通過更精確的基因編輯技術，實現(xiàn)了更加精準的育種目標。經(jīng)測試，在鯤鵬服務器（2.6GHz）與X86架構服務器（2.6GHz）兩種技術路線下，并且在軟件、流程、線程數(shù)均保持一致的條件下，鯤鵬服務器能提升明顯（11%-258%），平均提升60%以上。通過與華為的合作，牧醫(yī)所在多個研究領域?qū)崿F(xiàn)了重要突破，特別是在基因育種和多組學分析方面，取得了顯著的成果。

大規(guī)模、多維度數(shù)據(jù)分析能力，支撐多組學分析深入開展

多組學分析通過對基因組學、轉(zhuǎn)錄組學、蛋白質(zhì)組學等數(shù)據(jù)整合研究，能夠為農(nóng)業(yè)研究提供更為全面的視角，推動精準農(nóng)業(yè)的發(fā)展。華為高性能計算平臺為牧醫(yī)所提供了支持大規(guī)模、多維度數(shù)據(jù)分析的能力，大幅提升了多組學數(shù)據(jù)的處理速度和準確度?？蒲腥藛T能夠在更短的時間內(nèi)獲得更為全面的科研結果，為動物遺傳資源與育種、動物生物技術與繁殖等提供了更有力的支持。

跨學科協(xié)作的促進

由于農(nóng)業(yè)科研涉及多個學科領域，跨學科的協(xié)作變得至關重要。華為高性能計算平臺通過提供高效的數(shù)據(jù)共享和分析環(huán)境，打破了原有的學科壁壘，促進了各科研團隊之間的合作。無論是在基因組學、農(nóng)業(yè)生態(tài)學，還是在氣候變化研究等領域，科研人員都能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的實時共享和互通，有效地提升了研究的協(xié)同效率。

推動農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新和數(shù)字化轉(zhuǎn)型

華為與牧醫(yī)所的合作，不僅解決了農(nóng)業(yè)科研中的計算和數(shù)據(jù)管理難題，還推動了中國農(nóng)業(yè)科技的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級。

提升科研效率與創(chuàng)新能力

華為高性能計算平臺的引入，提升了牧醫(yī)所科研的效率與創(chuàng)新能力?？蒲腥藛T能夠更加專注于科學探索，減少了因計算和數(shù)據(jù)處理帶來的時間成本。隨著計算技術的進一步發(fā)展，未來更多的農(nóng)業(yè)科研將依托先進的技術手段實現(xiàn)更快速、更精準的突破。

科技創(chuàng)新與自立自強

隨著數(shù)據(jù)分析和計算能力的提升，精準農(nóng)業(yè)和智能化決策在農(nóng)業(yè)科研和生產(chǎn)中的應用前景廣闊；動物遺傳與育種、動物生物技術與繁殖、動物營養(yǎng)與飼料等領域的研究與管理將更加高效，推動了農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的進程，有助于加快實現(xiàn)高水平農(nóng)業(yè)科技自立自強，推動農(nóng)業(yè)領域的科技創(chuàng)新。

為全球農(nóng)業(yè)科技提供示范

牧醫(yī)所作為國家級社會公益性畜牧獸醫(yī)綜合科技創(chuàng)新研究機構，華為作為全球高科技企業(yè)的典范，雙方的合作將展現(xiàn)中國在農(nóng)業(yè)科技領域的創(chuàng)新實力，共同引領中國農(nóng)業(yè)科技創(chuàng)新范式轉(zhuǎn)型，智慧賦能中國農(nóng)業(yè)農(nóng)村現(xiàn)代化建設。

未來，隨著技術的不斷進步與合作的深入，華為與牧醫(yī)所將在推動農(nóng)業(yè)科技自立自強、實現(xiàn)數(shù)字農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型等方面繼續(xù)邁出堅實步伐，為全球農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展作出更大貢獻。