英特尔为精准医疗技术提供强大支持
精准医疗可为遗传标记、体质或身体状况相同的特定人群提供个性化的治疗方案和以患者为中心的护理。实现这种变革性治疗模式所需的技术涵盖边缘生成的数据，直到云端或本地的高性能计算 (HPC) 平台上的数据科学工作负载。临床应用、学术研究以及药品研发和制造需要强大的仪器、分析和 HPC。
英特尔的使命之一就是创造变革性技术，改善全球每个人的生活，因此我们在推动精准医疗解决方案发展方面扮演着举足轻重的作用。制造商运用我们的硬件技术和软件工具构建精准医疗解决方案，如用于捕获生物过程、分析生物标记以及预测药物间相互作用等的解决方案。
无论是与支持 AI 的实验室设备提供商合作优化新一代测序仪的边缘性能，与原始设备制造商或云提供商合作构建 HPC 架构以加速高级分析，还是帮助 ISV 优化基于英特尔® 架构的解决方案，英特尔都致力于通过基因组学和精准医疗技术改善人们的生活。
例如，我们与 Broad Institute 合作搭建英特尔® 精选解决方案，帮助组织部署可扩展的 HPC 集群以进行基因组分析。最新版本支持用户运行 Broad Institute 的 GATK 种系变异检测最佳实践流程，每天可在每个计算节点上处理多达 8 个完整的基因组样本。
我们还与许多医疗保健和生命科学应用提供商合作以优化代码，提高性能并改进用户/开发人员的体验。
您可以找到更多有关我们在英特尔® 解决方案市场中推出的创新案例。
精准医疗工具和技术
精准医疗使用分子诊断学（包括基因检测）、分子成像、新一代测序技术和分子动力学等技术来诊断疾病，并针对个人制定治疗方案。
分子诊断和基因组分析
分子诊断学涉及通过基因组测序分析患者的生物标记。这些基因测试揭示了可用于提供最有效治疗方案的信息，或者可预测出哪些药物对患者最有效。
下一代测序技术
诸如下一代测序等技术的发展对基因组研究产生了重大影响。传统测序技术需要十多年时间才能生成结果，而下一代技术在大约 40 个小时内即可对整个人类的基因组进行测序。
分子成像
分子成像，具体是指一种称为低温电子显微镜（或冷冻电镜）的方法，可广泛用于药物研发过程，提供了蛋白质和其他生物实体的 3D 结构相关的见解。最近，该技术还用于识别类药小分子。其他形式的分子成像均属医学成像，包括运用各种方法（MRI、CT、PET）和造影剂来显示、表征和量化患者的生物过程。
分子动力学
分子动力学是一种计算方法，可估算化学和生物结构可能的三维配置，并模拟其移动。分子动力学通常与分子对接（一般简称为“对接”）结合使用。
Docking 是用于预测候选小分子药物如何与特定疾病的靶蛋白有效相互作用的一种方法。这些模拟方法可评估每种候选药物的结合相互作用，最终让研究人员能够对各种候选药物的有效性进行排序。
面向基因组学和精准医疗的端到端平台
从技术角度来说，精准医疗涉及边缘和数据中心内 IT 系统中的医疗设备或 PC 工作站。英特尔® 硬件为该统一体中的解决方案提供了支持。
例如，在基因组学中，我们的边缘技术，如英特尔凌动®、英特尔® 酷睿™ 和英特尔® 至强® E 处理器，可在许多英特尔合作伙伴提供的实验室设备中快速对样本进行初步分析。英特尔® 至强® 可扩展处理器还支持碱基识别算法和序列比对工具，用于在后端系统中进行二级分析。在所有这些例子中，内存、GPU、存储和连接技术还可用于提高吞吐量和整体的解决方案性能。
精准医疗中的高性能计算
对于二级分析，HPC 系统将这些密集型计算工作负载分发到多个集中管理节点，实现了信息的并行处理，让结果的获取速度显著提高。基于英特尔的 HPC 基础设施有助于提升研发速度和研究效率，从而改进了预测和模型。
英特尔® 至强® 可扩展处理器可充当支持精准医疗工作负载的许多 HPC 系统中的关键部件，有助于加速关键用例和常见应用的进度，比如：
- 基因组学：通过诸如 Genome Analysis Toolkit (GATK) 4.x 的应用，让我们更了解个体的基因，获得更好的医疗成果。
- 冷冻电镜：通过 RELION 3.x 确定生物研究和药品研发中的分子结构。
- 量子力学：借助 VASP 和 NWChem 描述原子、分子和大分子之间的相互作用。
- 分子动力学：借助 NAMD、GROMACS 和 LAMMPS 模拟并分析原子与分子的运动。
为帮助优化性能，简化精准医疗用例的部署，我们提供了面向分子动力学和基因组学的英特尔® 精选解决方案。
虽然这些研究关键型工作负载各自都有不同的需求，但它们在大规模密集计算能力方面的需求相似。第 3 代英特尔® 至强® 可扩展处理器拥有经加速的吞吐量和更高的 I/O 和内存容量，可满足此类需求。我们与整个行业的合作伙伴密切合作，帮助研究机构、解决方案提供商和软件供应商为每种工作负载选择合适的硬件并加以调整。
构建在分布式 HPC 系统上使用的这些计算密集型应用程序对软件开发提出了独特的挑战。开发人员可以使用英特尔® oneAPI Base Toolkit 和英特尔® oneAPI HPC Toolkit 更轻松地构建、分析、优化和扩展跨多种类型架构的 HPC 应用。这些资源包括矢量化、多线程处理、多节点并行化和内存优化方面的最新技术。
精准医疗中的人工人工智能 (AI)
精准医疗工具与 AI 功能越来越紧密的融合在一起，可加速研究，促成积极的医疗成果。这些工作负载可在分布式 HPC 系统或边缘运行，其中 AI 模型嵌入到实验室设备中，帮助加速流程，让数据科学家和研究人员更快速高效地获得洞见。
在英特尔，我们为研究人员、设备制造商和软件提供商所需的加速型 AI 计算，实现了快速、无缝的性能。英特尔® 至强® 可扩展处理器通过英特尔® AVX-512 和英特尔® 深度学习加速功能实现了内置的 AI 加速功能，轻松提升了数据中心的 AI 性能。
在实验室中，我们帮助设备制造商和软件开发人员更轻松地将 AI 融合到解决方案中。人们通常认为 AI 需要昂贵的专业化硬件，但英特尔® 工具和创新则利用经济有效的通用型计算硬件，将先进的 AI 算法直接用于实验室设备。
例如，英特尔® 发行版 OpenVINO™ 工具套件有助于简化并优化架构间 AI 推理算法的训练和部署，在不牺牲性能或准确性的情况下，基于经济有效的英特尔® 架构更加轻松地部署熟悉的框架。
为帮助加速 HPC 基础设施上的 AI 和分析，英特尔提供了英特尔® oneAPI AI Analytics Toolkit。这个全面的软件包为数据科学家、AI 开发人员和研究人员提供了熟悉的 Python 工具和 AI 框架，以加速英特尔® 架构上的端到端数据科学和分析流水线。
与英特尔® oneAPI HPC Toolkit 一样，英特尔® oneAPI AI Analytics Toolkit 的组件同样采用 oneAPI 库构建，可实现低级的计算优化。该工具套件可最大限度提升从预处理到机器学习的端到端性能，并提供了互操作性以实现高效的模型开发。
构建 AI 精准医疗解决方案的关键环节是安全地引入各种数据源，更好地训练 AI 算法和模型。在此，英特尔® Software Guard Extensions (SGX) 可用于实现受保护的联合学习，在云端或本地凭借安全的机密计算围圈保护工作负载和数据，始终遵循隐私和安全标准。
针对云分析的基因组学优化
英特尔专注于帮助基因组学工作负载以云端的最佳性能和灵活性运行。我们致力于推进生态系统合作伙伴之间的云原生设计，让客户在迁移到云端后可以得到积极的成果，享受性价比优势。
此外，我们与 Broad Institute 的合作还包括面向本地、公有云和混合云用例间的基因组学工作负载的 GATK 最佳实践硬件优化建议。
开创精准医疗的未来
随着精准医疗的不断发展，英特尔承诺与合作伙伴、研究人员和医疗提供商合作，继续推动创新和发展。在硬件和软件方面，我们提供了构建精准医疗技术和基因组学技术所需的基本要素，同时简化了工作流程、加速了洞察，并为全球患者改进了医疗保健质量。