沐曦股份科學(xué)計(jì)算團(tuán)隊(duì)近期取得突破性進(jìn)展，成功將主流分子動(dòng)力學(xué)模擬引擎GROMACS中的FEP計(jì)算全流程部署于GPU執(zhí)行，并實(shí)現(xiàn)2.5倍性能提升，相關(guān)成果獲得GROMACS官方團(tuán)隊(duì)的高度認(rèn)可，該GPU加速功能將在GROMACS 2026官方版本中正式發(fā)布，核心論文已發(fā)表于國(guó)際權(quán)威期刊 ACS Omega。同時(shí)，團(tuán)隊(duì)自主研發(fā)的FEP工作流自動(dòng)化管理工具M(jìn)etaxFEP相關(guān)論文已正式發(fā)表在BIBE2025生物信息工程和生物醫(yī)學(xué)會(huì)議論文集中，并在ICBBS會(huì)議上榮獲分會(huì)最佳口頭報(bào)告獎(jiǎng)。這些成果的取得，標(biāo)志著國(guó)產(chǎn)GPU加速技術(shù)在計(jì)算機(jī)輔助藥物發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域，已初步形成從算法優(yōu)化到工具開(kāi)發(fā)、再到實(shí)際工作流支撐的完整技術(shù)鏈條，為行業(yè)提供了切實(shí)可行的高效計(jì)算解決方案。

計(jì)算機(jī)輔助藥物發(fā)現(xiàn)流程通常涵蓋多個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，包括分子表征、靶標(biāo)蛋白結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)、分子對(duì)接，以及基于動(dòng)力學(xué)模擬的自由能預(yù)測(cè)等。其中，對(duì)配體-蛋白質(zhì)結(jié)合自由能的精準(zhǔn)預(yù)測(cè)通常采用自由能微擾(Free Energy Perturbation, FEP)方法，通過(guò)分子動(dòng)力學(xué)模擬加以實(shí)現(xiàn)。FEP方法憑借其在預(yù)測(cè)結(jié)合自由能方面的高精度，被廣泛視為藥物篩選流程中最終階段精細(xì)篩選與先導(dǎo)化合物優(yōu)化的“金標(biāo)準(zhǔn)”工具。

然而，傳統(tǒng)FEP應(yīng)用長(zhǎng)期面臨兩大關(guān)鍵瓶頸：一是計(jì)算速度緩慢，龐大的計(jì)算需求導(dǎo)致模擬耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)，嚴(yán)重制約了藥物研發(fā)的迭代效率;二是操作流程復(fù)雜，涉及體系準(zhǔn)備、拓?fù)渖?、中間態(tài)窗口設(shè)置、平衡與采樣以及數(shù)據(jù)分析等多個(gè)步驟，手動(dòng)操作不僅費(fèi)時(shí)，且容易引入誤差。沐曦股份科學(xué)計(jì)算團(tuán)隊(duì)近期開(kāi)展的一系列研究工作，正是為了系統(tǒng)性地應(yīng)對(duì)上述挑戰(zhàn)。

GROMACS模擬引擎中FEP

計(jì)算的GPU加速研究

GROMACS是一款由瑞典皇家理工學(xué)院(KTH)開(kāi)發(fā)的開(kāi)源分子動(dòng)力學(xué)模擬引擎。憑借出色的性能與完善的功能，它在全球范圍內(nèi)擁有大量活躍用戶，并常年位列世界各大超級(jí)計(jì)算機(jī)上使用最廣泛的前三大科學(xué)計(jì)算應(yīng)用之一。在制藥領(lǐng)域，GROMACS常被用于FEP計(jì)算，以預(yù)測(cè)分子間相互作用的自由能變化。然而，目前其官方版本中的FEP計(jì)算僅支持在CPU上運(yùn)行，這嚴(yán)重限制了整體模擬效率。

針對(duì)這一瓶頸，沐曦股份科學(xué)計(jì)算團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了FEP算法在GPU上的完整移植與優(yōu)化。該GPU加速版本能夠?qū)EP模擬全流程部署于GPU執(zhí)行，使整體性能提升至原版的2.5倍。此項(xiàng)工作獲得了GROMACS官方團(tuán)隊(duì)的高度認(rèn)可，相關(guān)代碼現(xiàn)已正式合入GROMACS官方代碼倉(cāng)庫(kù)，計(jì)劃納入其2026年首版發(fā)布中。相關(guān)研究成果已發(fā)表于美國(guó)化學(xué)會(huì)旗下期刊 ACS Omega，全文開(kāi)放獲取，歡迎感興趣的讀者查閱下載。

核心貢獻(xiàn)

GPU算法設(shè)計(jì)與優(yōu)化：開(kāi)發(fā)了基于GPU的自由能微擾(FEP)作用力計(jì)算算法，并針對(duì)不同GPU硬件架構(gòu)進(jìn)行了深度優(yōu)化，包括任務(wù)劃分邏輯、數(shù)據(jù)交換機(jī)制與內(nèi)存排布策略等，充分發(fā)揮GPU并行計(jì)算效能。

全流程GPU化實(shí)現(xiàn)：在完成FEP作用力計(jì)算加速的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步將積分與狀態(tài)更新等關(guān)鍵步驟移植至GPU，實(shí)現(xiàn)了FEP模擬全流程的GPU運(yùn)行，大幅減少了CPU與GPU之間的數(shù)據(jù)傳輸開(kāi)銷，使整體性能達(dá)到原版的2.5倍。

計(jì)算精度嚴(yán)格驗(yàn)證：優(yōu)化后的代碼通過(guò)了多階段嚴(yán)謹(jǐn)驗(yàn)證，在多個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)集上的計(jì)算結(jié)果均達(dá)到化學(xué)精度(誤差<2.0 kcal/mol)，有力保障了模擬結(jié)果的可靠性與科學(xué)性。

MetaxFEP: 基于沐曦股份GPU的FEP

工作流自動(dòng)化管理工具

沐曦股份科學(xué)計(jì)算團(tuán)隊(duì)自研的MetaxFEP工具可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化高效的FEP流程構(gòu)建、執(zhí)行和管理。MetaxFEP 針對(duì)性地解決了FEP研究領(lǐng)域存在的可復(fù)現(xiàn)性和易用性問(wèn)題。用戶僅需提供目標(biāo)蛋白結(jié)構(gòu)和配體分子的文件，MetaxFEP 即可智能解析并自動(dòng)構(gòu)建完整的FEP計(jì)算工作流，涵蓋從預(yù)處理到結(jié)果分析的所有必要環(huán)節(jié)。同時(shí)，整個(gè)工作流在沐曦GPU上執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)了從數(shù)據(jù)準(zhǔn)備到核心計(jì)算的全流程GPU深度加速。最終，平臺(tái)會(huì)精準(zhǔn)預(yù)測(cè)目標(biāo)蛋白與配體間的結(jié)合自由能變化，并將可靠的計(jì)算結(jié)果以清晰易用的CSV格式文件輸出。

MetaxFEP的計(jì)算可靠性和卓越性能已通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)幕鶞?zhǔn)測(cè)試得到充分驗(yàn)證。其預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)測(cè)量值之間的誤差小于2.0 kcal/mol，達(dá)到化學(xué)精度;同時(shí)，測(cè)試得到的Pearson秩相關(guān)系數(shù)(R2)大于0.6，有效證明了其出色的排序能力。在性能方面，憑借著前文中介紹的FEP計(jì)算的全程GPU優(yōu)化，MetaxFEP 展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(shì)。在單張沐曦曦云C500 GPU上執(zhí)行FEP計(jì)算，其速度可達(dá)到128核CPU服務(wù)器的3倍以上。當(dāng)擴(kuò)展到配備8張曦云C500 GPU的高性能服務(wù)器時(shí)，完成一組典型的蛋白質(zhì)-配體自由能計(jì)算任務(wù)所需時(shí)間大幅縮短至僅約10小時(shí)。相較于同等規(guī)模的128核CPU計(jì)算資源，整體效率提升高達(dá)17倍，從而極大加速了藥物研發(fā)周期。

MetaxFEP相關(guān)論文發(fā)表在BIBE2025生物信息工程和生物醫(yī)學(xué)會(huì)議論文集中。在BIBE2025和ICBBS2025會(huì)議上，沐曦股份科學(xué)計(jì)算團(tuán)隊(duì)向行業(yè)專家和學(xué)者做了MetaxFEP的學(xué)術(shù)報(bào)告，并在ICBBS會(huì)議中獲得分會(huì)最佳口頭報(bào)告獎(jiǎng)項(xiàng)。

以上工作均是沐曦股份“AI for Drug Discovery (AI4DD)”計(jì)算平臺(tái)構(gòu)建中的關(guān)鍵組成部分。沐曦股份致力于打造一條完整、高效、由AI驅(qū)動(dòng)并全面GPU加速的藥物研發(fā)工作流。該平臺(tái)深度整合傳統(tǒng)計(jì)算工具與前沿AI模型，為用戶提供高性能、一體化研發(fā)解決方案，實(shí)現(xiàn)從靶點(diǎn)發(fā)現(xiàn)到先導(dǎo)化合物優(yōu)化的全流程加速。

關(guān)于沐曦股份

沐曦股份致力于自主研發(fā)全棧高性能GPU芯片及計(jì)算平臺(tái)，為智算、通用計(jì)算、云渲染等前沿領(lǐng)域提供高能效、高通用性的算力支撐，助力數(shù)字經(jīng)濟(jì)發(fā)展。