分子对接软件AutoDockVina在太湖之光操作系统上的移植

高军晖+管哲人+刘钊+钟盈福+高竹+魏冬青

摘 要：“神威·太湖之光”计算系统是我国第一台全部采用国产处理器构建的超级计算机，AutoDockVina是一款由MGL实验室开发的分子对接软件。该文论述分子对接软件AutoDockVina在太湖之光操作系统上的移植工作，包括AutoDockVina在“神威·太湖之光”上的编译过程、测试过程和今后的工作方向。测试结果表明，vina在“神威·太湖之光”上的运算速度正常、运算结果正确，表明我们的移植工作取得了初步的成功。

关键词：AutoDockVina 神威·太湖之光 软件移植 编译 测试

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）08（b）-0089-02

1 “神威·太湖之光”计算系统

“神威·太湖之光”计算系统是国家“863计划”重大专项研究成果，是我国第一台全部采用国产处理器构建的超级计算机，由国家并行计算机工程技术研究中心研制[1]。在2016年6月20日世界TOP500超级计算机排名中，“神威·太湖之光”系统峰值运算性能（125.436PFlops）、持续运算性能（93.015PFlops）、性能功耗比（6.05GFlops/W）三项关键指标均位居世界第一。

“神威·太湖之光”计算系统共包含了40 960个“申威26010”众核处理器。“申威26010”是由国家“核高基”重大专项支持的我国第一款自主研发的众核处理器，由国家高性能集成电路设计中心研制，性能国际领先，并成功量产，打破了美国对我国的技术封锁。处理器基于申威（SW-64）指令集，采用片上融合异构众核架构和FCBGA3832封装，单个处理器包含了260个运算核心。“神威·太湖之光”具有世界领先水平的超大规模系统低功耗控制技术和高密度组装，比目前世界排名第二的系统节能60%以上，单机仓组装密度居世界第一。

同时，基于“神威·太湖之光”系统自主研发软件，建立了基于申威CPU的高性能计算软件生态链。目前“神威·太湖之光”计算系统开始应用于四个关键领域：先进制造业应用（CFD、CAE）、地球系统建模和天气预报、生物医药领域的计算、大数据分析。

2 分子对接软件AutoDockVina

AutoDock是一款开源的分子模拟软件，最主要应用于执行配体—蛋白分子对接[2～3]。它由Scripps研究所的Olson实验室开发与维护，目前最新版本为AutoDock 4.2。AutoDockVina也是一款由MGL实验室开发的分子对接软件。与AutoDock 4.0相比，AutoDockVina提高了结合模式预测的平均准确度，通过使用更简单的打分函数加快了搜索速度，并且在处理约20个可旋转键的体系时仍然能提供重现性较好的对接结果。

3 AutoDockVina在太湖之光上的编译

“神威·太湖之光”计算系统采用基于Linux的神威Raise OS 2.0.5作为操作系统，多核心处理器的基本软件堆栈包括基本的编译器组件，包括C、C++和Fortran编译器。C语言，支持C99标准。C++语言，支持C++03标准，并提供支持C++11标准的SWGCC编译环境（从核不支持C++）。Fortran语言，支持Fortran2003标准中主要的功能，满足实际课题需求。

第一步，下载AutoDockVina源码[4]。从Scripps研究所的官网下载AutoDockVina源码，最新的版本是1_1_2。

第二步，安装Boost库[5]。Boost库是一个可移植、提供源代码的C++库，作为标准库的后备，是C++标准化进程的开发引擎之一。下载版本1.41.0的Boost，使用“神威·太湖之光”的SWGCC编译[6]，编译完成后运行其中的例子，以确保Boost库被正确的编译。

第三步，编译AutoDockVina。编辑AutoDockVina源码中的Makefile，定义Boost的版本和路径，指定编译器为SWGCC。运行Make，经过一段时间后，编译完成。

通过上述步骤，AutoDockVina被成功移植到了“神威·太湖之光”计算系统。

4 AutoDockVina在太湖之光上的测试

我们通过一个实例来测试编译是否成功。从PDB[7]网站获取蛋白质结构文件，我们下载了编号为3ik0蛋白结构文件。使用OpenBabel[8]软件把蛋白质结构文件和小分子结构文件均转化成pdbqt格式，编写好vina运行需要的config.txt文件。现在可以开始分子对接了，利用“神威·太湖之光”上面的bsub作业提交系统运行vina，经过一段时间后，程序运行结束，输出了计算结果，结果文件中列出了9个结合自由能最低的模式。

我们的测试环境是一个CPU，主频为1.5 GHz。一个CPU有4个核组。如果只用其中的一个核，运行vina进行3ik0蛋白分子对接的时间为14 min多一点点。如果四个核都用上，时间在220 s左右。

由于vina中采用了选择随机种子的方法，与x86机器上的运行结果类似，在“神威·太湖之光”每一次输出的结果也会不一样。针对3ik0蛋白的分子对接，“神威·太湖之光”上面得到的最佳匹配模式对应的结合自由能变化可以达到-8.5 kal/mol，这个结果与x86机器上的运行结果也非常非常接近。

以上测试进行了很多次，结果稳定。测试结果表明，vina在“神威·太湖之光”上的运算速度正常、运算结果正确。

5 结语

该文的工作表明，AutoDockVina的移植工作取得了初步的成功，也说明了“神威·太湖之光”兼容性非常好。然而我们的工作还没有结束，后面我们还要进行优化工作，包括从核的利用，多CPU的运行等。

参考文献

[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] 国家超级计算无锡中心.神威﹒太湖之光系统并行程序设计指南[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.