IPv6云平臺助力生物醫(yī)藥人工智能教學(xué)競賽

文 / 白啟峰

C6C IPv6 IaaS云服務(wù)器可以提供足夠多的IPv6地址，根據(jù)用戶需求彈性提供硬件配置，并通過網(wǎng)頁提供簡易的可視化界面，可以讓課堂內(nèi)容變得更加豐富。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們已經(jīng)進(jìn)入到到人工智能與大數(shù)據(jù)的時代。在這個時代，云計算仍然起著核心作用，尤其是優(yōu)質(zhì)的云計算服務(wù)平臺如C6C IPv6 IaaS云服務(wù)平臺，可以高效處理人工智能計算和大數(shù)據(jù)問題。伴隨著IPv4地址的耗盡，IPv6在云服務(wù)器平臺建設(shè)中起到了重要的作用，基于一個全球單播的IPv6地址又可以組建內(nèi)網(wǎng)，這樣就會有更充足的網(wǎng)絡(luò)地址來部署云服務(wù)器，進(jìn)而更好地滿足目前人工智能和大數(shù)據(jù)的運算需求。

生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)涉及到醫(yī)學(xué)和藥學(xué)大數(shù)據(jù)，是人工智能和大數(shù)據(jù)的重要應(yīng)用領(lǐng)域。通過大數(shù)據(jù)，可以訓(xùn)練出高精度的人工智能深度學(xué)習(xí)模型，從而更好地服務(wù)于生物醫(yī)學(xué)。在本科生的生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)課程和競賽中，引入C6C IPv6 IaaS云服務(wù)、人工智能和醫(yī)藥大數(shù)據(jù)的教學(xué)內(nèi)容，可以讓醫(yī)藥相關(guān)的本科生和研究生更好地了解前沿知識，并提升相關(guān)專業(yè)知識水平。

教學(xué)應(yīng)用

隨著深度學(xué)習(xí)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，人工智能已經(jīng)滲透到語音識別、醫(yī)學(xué)影像以及醫(yī)藥設(shè)計等領(lǐng)域中。運用人工智能技術(shù)可以節(jié)省藥物發(fā)現(xiàn)的時間和周期。例如，人工智能醫(yī)藥研發(fā)公司Insilico Medicine從特發(fā)性肺纖維化靶點的確定到拿到藥物臨床試驗批件僅用了18個月，耗費260萬美元。Insilico Medicine公司給出了新范式的醫(yī)藥研發(fā)模式，從側(cè)面反映了人工智能在藥物研發(fā)中的潛力和價值。

生物醫(yī)藥人工智能需要具有一定算力的計算資源，比如多核心CPU和GPU等，而C6C IPv6 IaaS云服務(wù)平臺可以彈性地給用戶提供計算資源。對于教學(xué)來說，一般的課堂時間只有45分鐘左右，而有些人工智能模型需要復(fù)雜的程序設(shè)置和較高的硬件配置。

對于一般用于講課的多媒體電腦，教師很難在45分鐘內(nèi)完成人工智能藥物設(shè)計的教學(xué)展示，這樣就會影響整體的課堂教學(xué)效果。通過C6C IPv6 IaaS云服務(wù)平臺則可以很好地解決上述問題。目前大學(xué)課堂的教學(xué)主要采用多媒體教學(xué)，通過網(wǎng)頁就能訪問C6C IPv6 IaaS云服務(wù)的計算資源，這樣就很容易在課堂多媒體上展示人工智能藥物設(shè)計的流程。同時，C6C IPv6 IaaS云服務(wù)器可以提供足夠多的IPv6地址，根據(jù)用戶需求彈性提供硬件配置，并通過網(wǎng)頁提供簡易的可視化界面，方便教學(xué)展示和課堂互動，有利于教師進(jìn)行課堂教學(xué)設(shè)計，可以讓課堂內(nèi)容變得更加豐富。

蘭州大學(xué)的課題組在2019年研發(fā)了基于人工智能和經(jīng)典算法的醫(yī)藥設(shè)計軟件MolAICal（https://molaical.gitee.io或https://molaical.github.io），目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用在科研和教學(xué)中。在蘭州大學(xué)開設(shè)的《生物醫(yī)學(xué)信息學(xué)》課程中，引入了人工智能醫(yī)藥設(shè)計的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，并通過C6C IPv6 IaaS云服務(wù)器的網(wǎng)頁終端向?qū)W生展示MolAICal藥物設(shè)計的流程（如圖1所示）。為了便于教學(xué)，從賽爾網(wǎng)絡(luò)申請Windows操作系統(tǒng)的C6C IPv6 IaaS云服務(wù)器，使用從申請的賬戶和密碼登錄到C6C IPv6 IaaS云服務(wù)器的界面，并使用安全強(qiáng)度更高的字符修改密碼。在管理界面上可以查詢到對應(yīng)的IPv6地址，然后點擊“遠(yuǎn)程鏈接”就可以登錄到對應(yīng)的服務(wù)器上。經(jīng)過課堂測試，C6C IPv6 IaaS云服務(wù)平臺可以很好地為學(xué)生展示人工智能醫(yī)藥設(shè)計的整個流程，方便學(xué)生和老師在課堂上互動交流。

蘭州大學(xué)

圖1 C6C IPv6 IaaS云服務(wù)器在課堂教學(xué)中的應(yīng)用

競賽訓(xùn)練應(yīng)用

學(xué)科競賽是考驗和提升本科生動手和創(chuàng)新能力的一個重要途徑，通過參加競賽可以進(jìn)一步鞏固學(xué)生課堂上學(xué)習(xí)的知識。對于人工智能醫(yī)藥設(shè)計方面的競賽訓(xùn)練，需要合適方便的平臺才能起到很好的訓(xùn)練效果。賽爾網(wǎng)絡(luò)C6C IPv6 IaaS云服務(wù)平臺就為學(xué)生提供了很好的學(xué)科競賽訓(xùn)練支持。

通過C6C IPv6 IaaS云服務(wù)平臺，蘭州大學(xué)的課題組完成了“基于IPv6的抗糖尿病海洋醫(yī)藥大數(shù)據(jù)跨平臺虛擬篩選系統(tǒng)的實踐研究”項目，2019年，項目獲得“第五屆下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新大賽”全國決賽二等獎，并在賽爾網(wǎng)絡(luò)下一代互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)創(chuàng)新項目展示與評選中榮獲“提名獎”。

2020年，由于新冠疫情的影響，很多線下課程轉(zhuǎn)成了線上教學(xué)。在這種情況下，同一時間會有很多學(xué)生和老師在線上進(jìn)行上課討論，流暢的網(wǎng)絡(luò)和充足的IP地址顯得尤為重要。C6C IPv6 IaaS云服務(wù)平臺可以為教師和學(xué)生提供很好的線上教學(xué)和競賽培訓(xùn)的演示。圖2展示了教師在C6C IPv6 IaaS云服務(wù)平臺上部署人工智能醫(yī)藥設(shè)計系統(tǒng)，使用C6C IPv6 IaaS云服務(wù)平臺培訓(xùn)學(xué)生的模式。具體來說，使用開源版本的Anaconda在C6C IPv6 IaaS云服務(wù)平臺上搭建深度學(xué)習(xí)環(huán)境，存儲藥物靶點受體，并使用訓(xùn)練好的分子生成模型生成類藥分子，最后，教師可以指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行藥物虛擬篩選的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練。

圖2 師生可以在線方便地使用C6C IPv6 IaaS云服務(wù)平臺

在C6C IPv6 IaaS云服務(wù)平臺輔助測試的基礎(chǔ)上，課題組帶領(lǐng)學(xué)生參加了2020年度中國科學(xué)院“先導(dǎo)杯”并行計算應(yīng)用大獎賽，并榮獲“抗疫專項獎”。這說明云服務(wù)平臺非常適合對學(xué)生進(jìn)行學(xué)科競賽的相關(guān)教學(xué)。

基于蛋白靶點的人工智能醫(yī)藥設(shè)計屬于新興技術(shù)，有些概念非常抽象，尤其是參加競賽的學(xué)生需要掌握的知識比課堂上要求的更多。在參加上述競賽的過程中，學(xué)生的技術(shù)得到了很好的提升，并對基于人工智能的海洋醫(yī)藥設(shè)計有了更深的認(rèn)識。

首先，學(xué)生通過使用C6C IPv6 IaaS云服務(wù)平臺，認(rèn)識到了云服務(wù)器在藥物設(shè)計中的作用，并掌握了其運行和使用的方法，這為學(xué)生以后更進(jìn)一步的藥物設(shè)計打下了堅實的基礎(chǔ)。其次，C6C IPv6 IaaS云服務(wù)也可以方便部署GPU服務(wù)器，通過網(wǎng)頁就可以訓(xùn)練人工智能深度學(xué)習(xí)模型。簡單的網(wǎng)頁操作甚至在手機(jī)或平板電腦上就可以完成，學(xué)生在疫情期間仍舊可以通過網(wǎng)頁進(jìn)行人工智能藥物設(shè)計的練習(xí)和研究。再次，C6C IPv6 IaaS云服務(wù)平臺提供了彈性的多核CPU分配方式，學(xué)生根據(jù)實際計算量申請使用多核心CPU，部署好MolAICal軟件系統(tǒng)并下載海洋藥物分子，通過使用MMFF94力場將分子轉(zhuǎn)化成3D結(jié)構(gòu)，并使用UCSF Chimera進(jìn)行加氫和加電荷操作。最后，通過在C6C IPv6 IaaS云服務(wù)臺上進(jìn)行人工智能的藥物篩選和設(shè)計，極大地激發(fā)了學(xué)生對學(xué)科競賽培訓(xùn)的興趣，也提高了學(xué)生在人工智能醫(yī)藥設(shè)計方面的知識水平。

據(jù)教師和學(xué)生普遍反映，除了網(wǎng)頁在不使用的情況下在線時間較短之外，C6C IPv6 IaaS云服務(wù)平臺可以在線上方便地進(jìn)行教學(xué)演示、學(xué)科競賽培訓(xùn)和在線學(xué)習(xí)等，在疫情期間發(fā)揮了很大作用。C6C IPv6 IaaS云服務(wù)器簡便靈活的使用方式推動了人工智能醫(yī)藥設(shè)計等相關(guān)交叉學(xué)科的教學(xué)實踐和研究。