顛覆生理仿真：智源心臟模型實(shí)現(xiàn)180倍超實(shí)時(shí)模擬！

生物時(shí)間與計(jì)算時(shí)間比為1:0.84

原標(biāo)題：智源發(fā)布心臟模型！超實(shí)時(shí)仿真人體生理功能，速度提升180倍
文章來源：量子位
內(nèi)容字?jǐn)?shù)：7172字

智源研究院實(shí)現(xiàn)心臟電生理實(shí)時(shí)仿真

近日，智源研究院成功開發(fā)了一套實(shí)時(shí)心臟電生理仿真系統(tǒng)，達(dá)到了生物時(shí)間與計(jì)算時(shí)間比為1:0.84的突破性成果。這項(xiàng)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)標(biāo)志著心臟仿真領(lǐng)域的一次重大進(jìn)展，進(jìn)一步推動(dòng)了醫(yī)學(xué)研究與臨床應(yīng)用的發(fā)展。

1. 背景與重要性

心臟作為人體重要的器官，其電生理活動(dòng)的異常往往導(dǎo)致心律失常等健康問題。傳統(tǒng)的心臟電生理研究依賴于動(dòng)物模型和臨床數(shù)據(jù)，受限于倫理和實(shí)驗(yàn)條件的復(fù)雜性。計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的興起為這一領(lǐng)域帶來了新的研究工具，能夠在虛擬環(huán)境中重現(xiàn)心臟的電生理活動(dòng)。

2. 實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

智源研究院構(gòu)建了一個(gè)包含19種細(xì)胞生理狀態(tài)和70多個(gè)公式的人心室模型，能夠模擬復(fù)雜的電生理與病理狀態(tài)。為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算，研究團(tuán)隊(duì)針對(duì)計(jì)算強(qiáng)度和I/O密集等瓶頸進(jìn)行深度優(yōu)化，采用了量化、循環(huán)展開和分布式計(jì)算等策略，最終實(shí)現(xiàn)了180倍的速度提升。

3. 技術(shù)路線與優(yōu)化策略

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，智源研究院充分利用GPU的順序訪問優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建了適合稀疏數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以提高計(jì)算性能。此外，通過量化策略簡化復(fù)雜計(jì)算，并采用循環(huán)展開策略減少I/O操作，使得仿真在大規(guī)模計(jì)算中更為高效。

4. 實(shí)驗(yàn)與成果

經(jīng)過優(yōu)化后，系統(tǒng)能夠在32張GPU卡上實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算，生物時(shí)間與計(jì)算時(shí)間比達(dá)到1:0.84。仿真結(jié)果顯示，前后誤差均在可接受范圍內(nèi)，確保了計(jì)算的生理準(zhǔn)確度。這為理解心律失常的機(jī)制及新藥研發(fā)提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

5. 未來展望

智源的實(shí)時(shí)心臟電生理仿真系統(tǒng)不僅在醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究中具有重要意義，還可用于藥物安全性評(píng)估和臨床手術(shù)方案的制定，推動(dòng)心臟病的診斷和治療水平的提升。這一技術(shù)的進(jìn)步將為超大復(fù)雜物理系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真提供寶貴經(jīng)驗(yàn)。