【ITBEAR】在物理學的浩瀚星空中,一項關于硬球體系統行為的探索曾引發廣泛爭議。1957年,加州大學利弗莫爾實驗室的物理學家Berni Alder,對這一問題展開了深入思考。主流觀點認為,固體存在的基礎是分子間的吸引力,但Alder卻通過一種全新的研究路徑——分子動力學方法,提出了不同見解。
Alder與其同事Thomas Wainwright,在IBM 704計算機上模擬了硬球體系統的碰撞及狀態變化,發現系統壓縮時,硬球體會從液體轉變為固體。他們證實,硬球分子間并無吸引力,凍結導致系統熵最大化,而非能量最小化。
這一創舉被視為首次成功使用計算機模擬多粒子系統動力學,為后續物理學、生物學和化學等領域的研究開辟了新路徑。分子動力學方法,這一粒子運動的“顯微鏡”,通過計算預測系統行為,成為連接理論與實驗的橋梁。
分子動力學兼具預測與解釋的雙重性質,既能為實驗提供可能性分析,也能解釋實驗現象、探討過程機理。經過幾十年發展,分子動力學模擬技術已逐漸成熟,從簡單模型升級到復雜模型,成為科研利器。
然而,分子動力學在產業落地方面卻面臨計算效率的瓶頸。為了與自然過程的動力學相匹配,模擬時間跨度需足夠長,但計算機算力有限,必須在模擬體系大小、時間步長和總持續時間上做出限制。這成為分子動力學技術邁向產業落地的攔路虎。
就在此時,金融量化領域的大牛David E. Shaw轉身投入生物計算事業,于2007年發明出分子動力學模擬加速專用超級計算機——Anton(安騰)。它以3-4個數量級的加速比,更快地計算模擬更大體系規模、更長模擬時長的生物大分子運動。
超算安騰采用深度定制的ASIC芯片和緊密排列的服務器,提高節點間通訊效率,專為加速分子動力學模擬計算而生。它的問世,破解了多年來分子動力學模擬的計算效率難題,推動了分子動力學的產業化應用,尤其在藥物研發行業顯示了巨大市場潛力。
在超算安騰的幫助下,Relay Therapeutics公司成功確定了一款用于治療膽管癌的抑制劑藥物RLY-4008的結構。他們利用安騰重塑新藥研發技術手段,把對蛋白質靶點的認識從靜態圖轉變為動態影像,提出“基于運動的藥物設計”新范式。
這款新藥的發現僅花費了18個月、不到1億美金,極大地縮短了藥物研發過程中的投入時間與成本。超算安騰的出現,不僅驗證了Alder和Wainwright五十年前的預測,也為分子動力學的發展指明了重要路徑。