富士通のﾊﾞｲｵｲﾝﾌｫﾏﾃｨｸｽへの取り組み
March 5, 2002
富士通株式会社
計算科学技術センター )奥田m.okuda@jp.fujitsu.com

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1

Contentsl 富士通のﾊﾞｲｵｲﾝﾌｫﾏﾃｨｸへの取り組み
Ø 歴史・実績
Ø バイオインフォマティク向けソリューション体系

l 代表的なソリューションのご紹介Ø Post Genome PlatformØ アプリケーションPKG

l まとめ

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化学&バイオ分野への取り組みの歴史
アプリケーションPKG
1983年 化学情報管理システム(米国MDL
米国MDL
社製MACCS)1986年 分子モデリングシステム(呉羽化学工業共同開発ANCHOR)
構造活性相関研究支援システム(ADAPT)
1991年 バイオ研究支援統合システム(BIORESEARCH Series)
1993年 半経験的分子軌道法アプリ(MOPAC)1996年 HTSデータ管理システム(英国
OMG社製
OMG社製RS3 HTS)
1997年 代謝マップDBシステム(Biofrontier)

トピックス
1986年 (株)蛋白工学研究所 出資参加
1991年 分子進化学解析システム(SINCA)
を 国立遺伝学研究所殿と共同研究開発
1998年 JBiC設立、バイオECプロジェク
トに参加
2000年 ライフサイエンス推進室設立 セレスター・レキシコ・サイエンシ
ズ(株)設立2001年 富士通研究所ナノ&バイオ研究
Grp.立ち上げ

2002年 Bioinformaticsソリューション 提供開始
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富士通の計算化学PKGの歴史
Main Frame computer

WS software Client/Server Soft‘83 ’84 ‘85 ’86 ‘87
CHEMICALINFORMATIONMANAGEMENTSYSTEMSWeb computing’ 94 ‘95 ’96 ‘97 ’98 ‘99 ’00 ’01 ’02

ChemLib

MACCS/MACCSMACCS/MACCS-II
ISIS

RS3 discovery
ChemDraw / ChemOffice

REACCS

BioFrontier
ANCHOR
MOLECULAR
for Mainframe
MODELING
MOLECULAR ORBITALANCHORANCHOR-II

for SGI WS

WinMOPAC
MOPAC2000
MOPAC93

MOPAC2002
CAChe

MOLECULAR DYNAMICS
LEAD EVOLUTION

ADAPT
for Mainframe

MASPHYC

MASPHYC WinMASPHYC

for VP

for Sun WS

ADAPT

Tsar
TOPKATf or SGI WS

Emil for WS

CHEMICAL SPREADSHEETKAMELO for WS
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アプリケーションパッケージ導入実績
Bioinformatics

110 システム

Cheminformatics

40 システム

Modeling・解析

200 システム

パソコンパッケージ(Modeling・Cheminformatics等)
国内 15,000 本以上
global 30,000 本以上
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バイオ関連システム開発実績
プラットフォーム、アプリを含んだトータルなバイオ関連システムを数多く構築

Bioinformatics

30 社・機関東京都老人医療ｾﾝﾀｰ殿 老年病DNA多型DB
栄研化学(株)殿LAMP法ﾌﾟﾗｲﾏ設計ｼｽﾃﾑ

明治製菓(株)殿MEIBIS(MEiji Integrated BioInformatics System)

等々
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6

バイオ関連システム開発実績(例)東京都老人医療センター殿

日本経済新聞 2001年
12月17日明治製菓(株)殿

化学工業日報 2001年
11月19日All Rights Reserved, Copyright©
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7

共同研究への参画
NEDO H.11年度 「タンパク機能解析」
国立遺伝学研究所 五條堀先生
NEDO H.12年度 「P450薬物代謝酵素DB」
九州大学 大村先生
H.12年度 〜「遺伝子多型情報に基づく疾患遺伝子探索」
徳島大学ゲノム機能研究センター 板倉先生
H.12年度〜 JBiC「SNPs頻度解析センター」
東京大学医科学研究所 中村先生
等々
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バイオ関連システム導入&サポート実績
岡崎国立共同研究機構殿 : VPP5000/30
国立遺伝学研究所 (NIG) 殿:VPP5000/12,
PRIMEPOWER2000/128×2
科学技術振興事業団 (JST)殿 : VPP300/16, PRIMEPOWER600/4
産総研 生物情報解析研究センター殿: PRIMERGY N400
理研ｹﾞﾉﾑ科学総合研究ｾﾝﾀｰ (GSC)殿 : GP7000F-M2000/52
生物分子工学研究所(BERI) 殿 : VX/4, PCクラスタ
等々
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国立遺伝学研究所殿 DDBJｼｽﾃﾑ
Homology SearchServer(2set)

Large scale
Super Computer analysis server(2set)
ftp
Server(2set)

GP7000Sm1000×2set
CPU:UltraSPARC-II (400MHz)×64
Main memory:64GB
Disk: 500GB
Backup instrument：TIMBERWOLF(350GB)

Graphics server

VPP5000 / 12PE PRIMEPOWER2000 ×2set
vector processor: 9.6GFLOPS×12
Main memory :176GB
Disk :576GB

GP7000Sm550 ×2set
CPU:UltraSPARC II(400MHz)×12
Main memory: 12GB
Disk: 2.3TB

CPU:SPARC64-GP(450MHz)×128
Main memory: 128GB
Disk: 5TB

Large volume backup
Bio simulation
management Server
database server Genome information server

GP7000Sm650
CPU:UltraSPARC II(400MHz)×12
Main memory: 12GB
Disk: 3TB

Database server B
GP7000Sm350
CPU:UltraSPARC II(400MHz)×4
Main Memory : 4GB
Disk : 500GBSGI Onyx3000
CPU:R12000(300MHz)×8
Main memory:4GB
Disk: 500GB
Backup equipment:
TIMBERWOLF(350GB)SGI Onyx3000
CPU:R12000(300MHz)×8
Main memory: 500GB
Backup equipment：
TIMBERWOLF (350GB)

Genome analysis sever
GP7000Sm350
CPU: UltraSPARC II(400MHz)×6
Main memory :6GB
Disk:300GB
Backup equipment：
TIMBERWOLF (350GB)

GP7000Sm350
CPU:UltraSPARCII(400MHz)×1
Main memory:1GB
Disk:500GB
Backup instrument :POWDERHORN(100TB)

DeCypher D40 - B15

Network server(4set)
GP7000Sm350 ×4set
CPU:UltraSPARC II(400MHz)×2
Main memory:1GB
Disk: 150GB/500GB

SuperSINETInternet
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1010

理研ｹﾞﾉﾑ科学総合研究ｾﾝﾀｰ殿ｼｽﾃﾑ
多目的サーバ
FUJITSU GP7000F
M200

ファイルサーバ
IBM p680 S85（5TB）

計算サーバ
Compaq GS320×2

インターネットへ
GigabitEthernet

ユーザネットワーク

ユーザ端末

SN200

DB 提供サーバ
FUJITSU GP7000F M2000(52CPU/52GBMem)

FUJITSU GR720(８TB）

バックアップサーバ
FUJITSU GP7000F
M400

SOMY PetaSite

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11

11

Contentsl 富士通のﾊﾞｲｵｲﾝﾌｫﾏﾃｨｸの取り組み
Ø 歴史・実績
Ø バイオインフォマティク向けソリューション体系

l 代表的なソリューションのご紹介Ø アプリケーションPKG
Ø Post Genome Platforml まとめ

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バイオインフォマティクスの動向
バイオ
研究

ゲノム解読

ＩＴ
ベンダ

PKG、ASP、contents

ポストゲノム

ドラッグデザイン

System Integration

ゲノム創薬及び研究情報管理/研究ワークフローの設計〜開発を戦略的にデザイン
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バイオインフォマティクス現場の課題
研究開発の
速度が加速

戦略

研究開発競争の激化

評価・再検討

国内外動向調査
情報の動きのウォッチが大変

バイオインフォマティクス
要員の育成

解析・研究

大規模・高速の計算が必要

研究現場調査データフォーマットが不統一
維持・運用コストが年々増大

実験機器・実験手法の進歩が速い

設計〜構築〜運用
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ＩＴベンダが提供できる解決策
戦略

Bioinformatics
ソリューション

コンサルティング

評価・再検討XMLによる
データ標準化

国内外動向調査知識情報処理技術
Agent技術

受託解析
サービス

研究現場調査解析・研究
高速サーバ
アウトソーシングサービス

PKGソフト

設計〜構築〜運用

システム構築サービス

All Rights Reserved, Copyright© FUJITSU LTD. 200215

富士通のノウハウを結集
分子軌道計算分子動力学計算化学情報管理

QSAR
遺伝子探索
毒性予測
HTS

代謝・活性予測遺伝子
アノテーション

富士通のBioinformatics
ソリューション
PRIMEPOWER
VPP5000

情報検索
統計解析
エージェント

高速コンパイラ

インターネット

ベクトル/並列
チューニングセキュリティ

知識情報処理All Rights Reserved, Copyright© FUJITSU LTD. 200216

富士通のﾊﾞｲｵｲﾝﾌｫﾏﾃｨｯｸｽ・ｿﾘｭｰｼｮﾝ体系
Outsourcing【システム運用】【受託解析・コンサルティング】
受託解析・コンサルティング

Web Solution

バイオ研究・創薬研究のアプリケーションソフトを統合

専門家ﾘｿｰｽの活用

固有の研究ﾌﾛｰのｼｽﾃﾑ化LabBook

ChemOffice WebServer

Application

目的別専門
PKGの提供Genomic XML Browser

GeneDiscovery

BioFrontier

RS3 HTS

CAChe

WinMOPAC

ChemDraw

TOPKAT

Infrastructure
ﾊﾞｲｵに最適化されたｲﾝﾌﾗの提供

研究所内システム

Post Genome Platform

NetLaboratory
公開データベース
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17

Contentsl 富士通のﾊﾞｲｵｲﾝﾌｫﾏﾃｨｸの取り組み
Ø 歴史・体制
Ø バイオインフォマティク向けソリューション体系

l 代表的なソリューションのご紹介Ø Post Genome Platformコンセプト
u ソフトウエア
u ハードウエアuØ アプリケーションPKG

l まとめ
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現場のｲﾝﾌﾗの課題を情報屋が解釈すると
fastDN
fastDN
BLAST
A
BLASTA
FASTA
FASTA
PD
B
Swiss
Prot

EM
BL
PIR

GenB
ank

解析シナリオ
Motif解析

公開データ、優れたプログラム
が世界規模で散在、色々な形で存在し、さらに爆発的に増大して収集、更新、アクセスが大変。
大量のデータから自分の欲しい情報を早く、正確に取り出したい。
自分の研究のためには各種のデータ、プログラムを組み合
わせ、連携した複雑な処理が必要
複雑なタンパク質の構造・挙動の解明、タンパク質と他の化合物の相互作用の解明を
早く・精密に行いたい。

l 大規模・広域分散データのアクセス&管理問題
l データ形式変換問題

l 大規模データベースの管理&高速検索問題

l 処理プロセス&情報フローの管理・制御問題

l 超高速の数値シミュレー

ション問題

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問題解決に向けてのｲﾝﾌﾗｿﾘｭｰｼｮﾝの提案
遠隔地の各種資源

バイオ統合ブラウザ*: 開発ｺｰﾄﾞ名

Post Genome Platform
ソフトウエアプラットフォーム
バイオインフォマティクス統合ソフトウエア EIDOS*(Webｻｰﾋﾞｽ連携、DB&ﾌﾟﾛｸﾞﾗﾑ I/F､ﾌﾞﾗｳｻﾞﾋﾞｭｰ統合 等)。
超高速XML検索
超高速ﾃｷｽﾄ検索
BSMLｺﾝﾊﾞｰﾀ

最適化された共通ライブラリ
タンパク質解析MOPAC、相同性検索BLAST

ハードウエアプラットフォーム

文献
情報
実験
データ

GRID
I/F

特許
情報

超高速計算・大容量データ処理を実現
PCクラスタ
次期HPCｻｰﾊﾞ
PRIMEPOWER

サービス
システム構築、アプリ最適化、ｼｽﾃﾑ利用&運用支援
All Rights Reserved, Copyright© FUJITSU LTD. 2002 20

Contentsl 富士通のﾊﾞｲｵｲﾝﾌｫﾏﾃｨｸの取り組み
Ø 歴史・体制
Ø バイオインフォマティク向けソリューション体系

l 代表的なソリューションのご紹介Ø Post Genome Platform

コンセプト
u ハードウエア
u ソフトウエアuØ アプリケーションPKG

l まとめ
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ﾊﾞｲｵｲﾝﾌｫﾏﾃｨｯｸに最適なﾊｰﾄﾞｳｴｱﾌﾟﾗｯﾄﾌｫｰﾑ
大規模ﾃﾞｰﾀ処理&超高速処理を実現するUNIXサーバ• PRIMEPOWRによる大規模&超高速DBハンドリング
次期HPCｻｰﾊﾞØ 拡張性・信頼性に優れたSolarisサーバ
大規模データ処理
Ø 高信頼・超高速ファイルシステム• 次期HPCサーバ による超高速シミュレーション

超高速ｼﾐｭﾚｰｼｮﾝ

Ø 世界最高性能、TBｸﾗｽﾒﾓﾘの次世代HPCサーバ

DB

高速ﾃﾞｨｽｸ装置

効率的な専用処理を実現するPCクラスタ• 幅広い製品レンジのPRIMERGY PC クラスタ
Ø CPU : Pen3,Pen4、1way〜4Way
Ø ｲﾝﾀｰｺﾈｸﾄ : Myrinet，GigabitEthernet
ﾎｽﾄｻｰﾊﾞØ 並列環境 : Score, Beowolf型

大規模PCｸﾗｽﾀ

並列版専用ｱﾌﾟﾘ
による効率的な処理の実現

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次期HPCｻｰﾊﾞのご紹介• ベクトルスパコンの技術と大規模スカラサーバの技術を融合したバイオインフォマティックスに最適な次世代のHPCサーバを提供予定
VPP5000

次期HPCサーバ•ベクトル技術•命令の先行制御技術•高速クロスバによる分散メモリ並列化技術•高性能コンパイラ

PRIMEPOWER•共有メモリ並列化技術•メモリアクセス
先行制御技術All Rights Reserved, Copyright© FUJITSU LTD. 200223

次期HPCｻｰﾊﾞのご紹介 – 特徴 –l超高速なﾊﾞｲｵｼﾐｭﾚｰｼｮﾝを実現する世界最高速ｼｽﾃﾑ

over 1GHz ﾌﾟﾛｾｯｻ
1ﾉｰﾄﾞ : 500 Gflops以上、 システム : 60 Tflops 以上

lバイオ特有な大規模計算&複雑かつ大規模な検索を実現する世界最大規模のメモリ容量
1ﾉｰﾄﾞ : 0.5TBシステム : 64TB

l大規模なﾊﾞｲｵﾃﾞｰﾀ処理を実現する世界最大規模のｽｹｰﾗﾋﾞﾘﾃｨ

1ﾉｰﾄﾞ : 128CPU、 システム : 16,000 cpu以上
ノード間高速光コネクト
l大規模ｼｽﾃﾑの導入を可能とした運用・設置性

メインフレーム並の高信頼性
高密度実装、省電力設計 All Rights Reserved, Copyright© FUJITSU LTD. 2002 24

Contentsl 富士通のﾊﾞｲｵｲﾝﾌｫﾏﾃｨｸの取り組み
Ø 歴史・体制
Ø バイオインフォマティク向けソリューション体系

l 代表的なソリューションのご紹介Ø Post Genome Platform

コンセプト
u ハードウエア
u ソフトウエアuØ アプリケーションPKG

l まとめ
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25

ソフトウエアプラットフォーム EIDOS**: 開発ｺｰﾄﾞ名

巨大で複雑な情報からの知識発見を加速
著名なパブリックサイトの 資源・研究所内の遠隔資源・ユーザの資源を連携させたオリジナルワークフローを実現するソフトプラットフォーム!

ｻｰﾋﾞｽｽｸﾘﾌﾟﾃｨﾝｸﾞ機
能を持つﾊﾞｲｵ向け
ｿﾌﾄｳｪｱﾌﾟﾗｯﾄﾌｫｰﾑ

公共サイトのDB
データ/文献GenBank,EMBL,PDB,PIR,SwissProt

PCクラスタによるデータ検索&解析処理

2

3

3

6

EIDOS

5

ﾕｰｻﾞ固有のDBDB

1
4

スパコンによる
解析処理

ユーザ固有の解析アプリ

7

実験ﾃﾞｰﾀDB

バイオ向け統合ブラウザ

HPCセンター
Homology search, Alignment, Clustering,…

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26

EIDOS のWebｻｰﾋﾞｽ連携動作ｲﾒｰｼﾞ
html
http

UDSによるサービスの定義(User Defined Service Script)

ID: X3626 ＸＸ解析
requests
requestrequest

ゲノムＤＢ
サーバ
Servlet

文献ＤＢ
サーバ

requestresponses
response

I/F

ﾘ
ﾟ
ﾌ
ｱ
ｵ
ｲ
ﾞ
ﾊ

統合

関連文書
一覧 レス
ポ
ンス

ｰ
ｭ
ﾞ
ﾋ
ｰ
ﾞ
ｻ
ｳ
ﾗ
ﾞ
ﾌ

ゲノム
情報

service

DB I/F

解析
結果

ｵ
ｲ
ﾞ
ﾊ

ID: X3626 ＸＸ解析

http
リク
エ
ス
ト

SOAP

XML XX解析サーバ
ｽﾄﾘｰﾑFUJITSU LTD. 2002
All Rights Reserved, Copyright©

27

EIDOS の機能

バイオインフォマティックスに必要とされる各種ﾌﾟﾛｾｽ(ﾃﾞｰﾀﾊﾝﾄﾞﾘﾝ
ｸﾞ、解析処理、表示処理)を簡単なUIで実現。
研究者のコンピュータ利用の負担を大幅に削減し、効率的かつ高度なﾃﾞｰﾀ処理を実現。
lWebサービス連携
Ø タグ形式の簡易サービス定義(UDS)Ø 複数サービス実行の自動スケジューリング
Ø 大容量データ交換(ストリーム通信)Ø ロングジョブ対応(バックグラウンド化)

lブラウザビュー統合
Ø 複数サービスの結果をブラウザ上に統合

l各種バイオデータ&プログラム向けインターフェイス

Ø 代表的なバイオDB、プログラム向けI/Fによりｼｽﾃﾑ構築作業を軽減

l研究開発支援サービス
Ø ユーザ様のバイオインフォマティクスシステム構築を支援
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28

EIDOS の各種インターフェイスとサービス
l ゲノムDBインタフェース

GenBank, DDBJ, EMBL
l 蛋白質DBインタフェース

PDB, PIR, SWISS-PROTl

バイオ関連プログラムインタフェース
ホモロジーサーチ: BLAST, FASTA
マルチプルアライメント : ClustalWl DBインタフェース

OracleBizSearch
瞬索: RDBMS: 超高速XML検索: テキスト検索l 標準プログラムインタフェース

SOAP, Bean, XSLT, JavaMaill研究開発支援サービス
Ø EIDOS 導入支援

Ø EIDOS を利用したユーザ様システム構築支援
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29

EIDOS の適用例蛋白質群のモチーフ発見
SODHO PAT. 国立遺伝学研究所，富士通㈱

公共サイト

PC上での
モチーフ探索WEB server
with

1

EIDOS

ﾀﾝﾊﾟｸDB
文献検索

4
2
3

PCクラスタによるﾎﾓﾛｼﾞｰｸﾗｽﾀﾘﾝｸﾞ

browser on
notebook PC

大規模ｻｰﾊﾞによるﾏﾙﾁﾌﾟﾙｱﾗｲﾒﾝﾄ

HPCセンター

Proteinbrowser ondesktop PC

Motifon siteAll Rights Reserved, Copyright© FUJITSU LTD. 2002

30

Post Genome Platformの共通ライブラリ
ﾊｰﾄﾞｳｴｱﾌﾟﾗｯﾄﾌｫｰﾑに最適された解析ソフトウエア• 次期HPCサーバに高速化・並列化された解析ソフトウエアを提供

次期HPCｻｰﾊﾞØ 半経験的分子軌道法アプリMOPAC2002によMOPAC

るタンパク解析Ø 分子動力学法アプリMASPHYCによるタンパ
ク解析

MASPHYC• PCクラスタに高速化・並列化されたソフト
ウエアを提供Ø BLAST

大規模PCｸﾗｽﾀ
並列版BLASTによる遺伝子解析

大規模データ処理を実現する検索システム• 超高速テキスト検索エンジン & XML検索エンジン
Ø BizSearch (富士通研究所が開発、ｱｸｾﾗﾃｸﾉﾛｼﾞ(株)が製品化した世界最高速レベルのテキスト検索エンジン+XML検索エンジン)
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世界トップクラスの超高速検索
文章検索性能検索時間（秒）2.0
1.5
A社検索エンジン

1.0

eAccela BizSearch

0.5
0.0
0

100

200

300

400

500

文書量（ＭＢ）

同時に多数の利用者にサービスできる超高性能設計
l 公開サイト、イントラネットなどのネットサービス仕様l

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32

BizSearch による XMLドキュメント検索の実現
l

XMLの強みを活かした多彩な検索機能
全文検索Ø タグ毎の検索
Ø タグによる制約条件の設定
Ø

XMLドキュメントをBizSearchレポジトリに格納するため、XML
専用のデータベースは不要
l XML-DBやXMLﾏﾆｭｱﾙなどの高速検索が可能。ﾊﾞｲｵ分野で利用が拡大するXMLに最適な検索ｴﾝｼﾞﾝ。
l<?xml<?xml version="1.0" encoding="UTFencoding="UTF-8"?><!-<!-- これはコメントです -->--><root><data id="id1"><!-です --><!-- これはdata1
これはdata1です
-->
<aaa>
aaa>
>
aaa>３８２４</
３８２４</aaa
<bbb>
です。</
</bbb
bbb>
>
bbb>これは<
これは<keyword>&quot
keyword>&quot;;キーワード&
キーワード&quot;</keyword>
quot;</keyword>です。
<xxx attr="
属性1">
1">データ
データX1</
X1</xxxxxx>>
attr="属性<xxx attr="
属性2">2">データ
データX2</
X2</xxxxxx>>
attr="属性<xxx attr="
属性3">
3">データ
データX3</
X3</xxxxxx>>
attr="属性</data><data id="id2"><!-です --><!-- これはdata2
これはdata2です-->

aaaフィールド

数字

全文フィールド

text

idタグフィールド text

BizSearchレポジトリ

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33

Post Genome Platformによるﾊﾞｲｵ HPCｾﾝﾀｰの実現
Post Genome
Platform

インターネット

DB自動収集

公開DBサイトPDB DDBJMEDLINE

公共DB
自社DB
解析DB
市販DB
統合DB

ディスクアレイ装置

PRIMEPOWER

EIDOS
SAN

BLAST
:
PRIMERGY ｸﾗｽﾀ

MOPAC
MASPHYC:
次期HPCサーバ

バックアップ装置
自動バックアップ• ｼｽﾃﾑの特長– 複数DBへの容易なｱｸｾｽ，ﾃﾞｰﾀ解析ﾌﾟﾛｾｽの自動化– 大規模ﾀﾝﾊﾟｸ質解析計算の超高速処理(最適化・並列化されたアプリ＋大規模ｻｰﾊﾞ)– 遺伝子機能解析の高ｽﾙｰﾌﾟｯﾄ処理(PCｸﾗｽﾀ)– 大容量ﾃﾞｰﾀの高速処理(高速・高信頼ﾌｧｲﾙｼｽﾃﾑ)

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34

Contentsl 富士通のﾊﾞｲｵｲﾝﾌｫﾏﾃｨｸの取り組み
Ø 歴史・体制
Ø バイオインフォマティク向けソリューション体系

l 代表的なソリューションのご紹介Ø Post Genome PlatformØ アプリケーションPKG

Ｂｉｏｆｒｏｎｔｉｅｒ と Ｃｈｅｍｌｉｂ
u MOPAC2002の適用例とチューニング事例
u

l まとめ

All Rights Reserved, Copyright© FUJITSU LTD. 200235

富士通の計算化学PKGの歴史
Main Frame computer

WS software Client/Server Soft‘83 ’84 ‘85 ’86 ‘87
CHEMICALINFORMATIONMANAGEMENTSYSTEMS’ 94 ‘95 ’96 ‘97 ’98 ‘99 ’00 ’01 ’02

ChemLib

MACCS/MACCSMACCS/MACCS-II
ISIS

RS3 discovery
ChemDraw / ChemOffice

REACCSANCHOR
MOLECULAR
for Mainframe
MODELING
MOLECULAR ORBITAL

Web computing

BioFrontier
ANCHORANCHOR-II

for SGI WS

WinMOPAC
MOPAC2000
MOPAC93

MOPAC2002
CAChe

MOLECULAR DYNAMICS
LEAD EVOLUTION

ADAPT
for Mainframe

MASPHYC

MASPHYC WinMASPHYC

for VP

for Sun WS

ADAPT

Tsar
TOPKATf or SGI WS

Emil for WS

CHEMICAL SPREADSHEETKAMELO for WS
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36

Ｂｉｏｆｒｏｎｔｉｅｒとは• 生体内で物質がどのような反応により作られ、どのような反応により分解されるか（代謝マップ）をデータベース化したもの• 冊子媒体では不可能な、構造式や反応式をｷｰとして必要な情報へｱｸｾｽすることを、可能としたのが特長

Ｂｉｏｆｒｏｎｔｉｅｒ
機能概要
代謝経路情報
約５，５００反応
酵素阻害剤情報
約８，３００阻害剤
酵素情報
約１，３００酵素

分子の特性検索

名称検索

分子の部分構造検索

経路範囲検索

反応式検索

阻害剤検索

基質・生成物部分構造検索
反応式部分構造検索

カテゴリー別表示

最短経路・代償性経路検索

分子モデリング

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37

Ｂｉｏｆｒｏｎｔｉｅｒと生体内ネットワーク
N

O

O

H
O

O
H

O
H

O
H

O
H

N

H
O
N

Ｉｎｈｉｂｉｔｏｒ
Dopamine

L-DOPAHOOＸｅｎｏｂｉｏｔｉｃｓ

H
O
N

e
M
O
O

N

O

H
O

O
e
M

O

N

経路検索画面

O
H
O
H

ｓｔ
ｎｉ
ｇｏ
ｔａ
Ａｎ

Ｌｉｇ
ａｎｄ

O
H

Ｍｅｔａｂｏｌｉｓｍ ｏｆ

L-Tyrosine

L-Adrenaline

Ａｄｏｒｅｎｏｒｅｃｅｐｔｏｒ

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38

Ｃｈｅｍｌｉｂ（Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ｌｉｂｒａｒｙ）とは「化学情報処理に必要な機能をモジュール化」• コンピュータによる、種々の化学情報（構造や反応）処理を、処理毎にサブルーチン化したプログラムラ
イブラリー• 化学分野のシステムを構築する際、部品として利用できるのが特長• 統一された相互インターフェース• FORTRANソースコード• 多ＯＳ（Ｗｉｎｄｏｗｓ，ＵＮＩＸ，汎用機）• 異種言語（ＦＯＲＴＲＡＮ，Ｃ，ＶＢ）環境で利用可能• Chemlibにより高速検索可能な化合物DBを構築可能
Ø〜百万化合物に対して３０〜４０秒
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39

Ｃｈｅｍｌｉｂの主な機能（１）誘導体の作成• 原子、結合、原子団、分子の付加、削除、種類の変更• Ｃｏｎｆｏｒｍａｔｉｏｎの変更
ｅｔｃ．

（２）構造の認識• 芳香環系の抽出、あるいは芳香環系に局在化結合を楔型結合のｕｐ／
ｄｏｗｎからＲ／Ｓ配置を求める、あるいはその逆 ｅｔｃ．

（３）２D、３D相互変換（４）ｃｏｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｅｎｅｒｇｙ ｒｅｌａｘ（５）結合表のみから２D図の発生（６）正準化（ｕｎｉｑｕｅ）番号の生成（７）構造のｕｎｉｑｕｅ文字列による表現（８）部分構造の検出（９）反応中心の自動認識（10）Z-matrixの作成、Z-matrixから座標と結合表:
ｅｔｃ．
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40

Contentsl 富士通のﾊﾞｲｵｲﾝﾌｫﾏﾃｨｸの取り組み
Ø 歴史・体制
Ø バイオインフォマティク向けソリューション体系

l 代表的なソリューションのご紹介Ø Post Genome PlatformØ アプリケーションPKG

Ｂｉｏｆｒｏｎｔｉｅｒ とＣｈｅｍｌｉｂ
u MOPAC2002の適用例とチューニング事例
u

l まとめ

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41

分子軌道法パッケージ MOPAC2002• MOPAC2002は、世界で最も広く使われている半経
験的分子軌道法パッケージ。
• 半経験的分子軌道法の特徴である計算速度の速さを活かし、タンパク質・核酸などの巨大分子系への適用が可能。
• タンパク質・核酸の電子状態、タンパク質中の個々の残基が持つ電荷、タンパク質-リガンド相互作用エ
ネルギー値の評価などが可能であり、バイオケミカ
ル分野における様々な応用が考えられる。
• さらに富士通プラットフォーム向けに最適化、並列化を行い高速な処理を実現。
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42

法

MOPAC2002の特徴
l原子数が数千〜１万
140

1 .7

120
100
80
60

U
P
C

eµ
tim

N

40
20
0
10
0
20 0
00
30
0
40 0
0
50 0
0
60 0
0
70 0
00
80
0
90 0
10 00
00
0

CPU time / min.

の大規模な分子系でも計算時間の増加を抑えることができる高速な計算手法。
lタンパク質などの巨大分子系の計算でも実用的な計算時間で解析可能。

Number of atoms

ポリアラニンの一点計算
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全原子を考慮したﾊﾞｸﾃﾘｵﾛﾄﾞﾌﾟｼﾝの分子軌道計算

全原子を考慮したバクテリオロ
ドプシンの分子軌道計算により、レチナールポケットの静電ポテ
ンシャル解析およびそのポテン
シャル場での吸収波長の評価を行った。

bacteriorhodopsin

ChemicalPhysics
294(1998) 162-166

Letters

MOPAC2002を用いることにより原子数３,６８６である
バクテリオロドプシンの全電子計算を実行することが可能になった。
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44

MOPAC2002の特徴 - Linear-scaling COSMO法 -l タンパク質の機能に重要な溶媒効果を含めた分子軌道計算が可能に。

2000
1500
1000

従来の方法

g
n
i
l
a
c
s
r法
a
e
O
n
i
L O SM
C

500
0

10
0
20 0
0
30 0
0
40 0
0
50 0
0
60 0
0
70 0
00
80
0
90 0
10 00
00
0

比べ、メモリの使用量を、10分の1以下と大幅に削減。

Memory needed / MBl 従来のCOSMO法に

Number of atoms

溶媒効果を含めたポリアラニンの一点計算
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溶媒との相互作用の解析例
l 極性分子
l 蛋白質のﾌｫｰﾙﾃﾞｨﾝｸﾞ

に果たす疎水性の役
割の解析
l 水と蛋白質等の極性部位との相互作用に関する解析

ACETYLCHOLINESTERASE COMPLEXED WITH EDROPHONIUM
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MOPAC2002のﾁｭｰﾆﾝｸﾞによる性能向上
l MPI並列からOpenMP並列へ変更

最大６３%
性能UP

MPI

OpenMP

メッセージパシングモデル
データ空間と処理を分割

データパラレルモデル
データ空間共有・処理を並列化

分散メモリ型
並列計算機向き

共有メモリ型
並列計算機向きl コンパイラオプションによる富士通製SPARC向け最適化

M&A命令生成，プリフェッチ，命令スケジューリング改善，等
２３%
性能UP

l ラージページ機能の利用によるTLBミス削減
７%性能UPAll Rights Reserved, Copyright© FUJITSU LTD. 2002

47

MPI並列からOpenMP並列への変更例
MPI並列[配列pの初期化処理]
全プロセス数

do i = ...
if (Mod(i,nnodes)==myid) thendo j = ...
自プロセス番号do k = ...
l = loc(i,j,k)p(l) = p(l) + f(i,j)
end do配列pをpbufにend doend if
足し込む通信end docall mpi_allreduce (p, pbuf,& mpack1, mpi_double_precision,& mpi_sum, mpi_comm_world, ierr)do i = 1, mpack1
p(i) = pbuf(i)end dol 通信量を大幅に削減

OpenMP並列!$OMP!$OMP PARALLEL DEFAULT(PRIVATE) &!$OMP SHARED(pbuf,loc,f,p)
SHARED(pbuf,loc,f,p)[配列p,pbufの初期化処理の初期化処理]]配列p,pbuf

次のDO文を並列に!$OMP!$OMP DOdo i = ...
実行させる指示行
do j = ...
do k = ...
l = loc(i,j,k)pbuf(l,iam)=)=pbufpbuf(l,(l,iamiam)+f(i,j))+f(i,j)pbuf(l,iam
end doend do
自スレッド番号
end do!$OMP END DO
全スレッド数演算を
do ip=1,
np
ip=1,np!$OMP DO
並列に実行
do i=1,mpack1
p(i) = p(i) + pbuf(i,ip))
pbuf(i,ip
enddo!$OMP END DO
enddo!$OMP END PARALLELAll Rights Reserved, Copyright© FUJITSU LTD. 2002

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MOPAC2002の並列性能向上例
膜タンパク質(ﾊﾞｸﾃﾘｵロドﾌﾟｼﾝ，3686原子)のｴﾈﾙｷﾞｰ*計算
8

速度向上率

(MPI版 1CPUを1として規格化)

PRIMEPOWER850(675MHz，ﾁｭｰﾆﾝｸﾞ版)

7

PRIMEPOWER850(675MHz，MPI版)

6
5
4
3
2
1
1

2

3

4

5
CPU数

6

7

8
* : 生成熱

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MOPAC2002の計算速度比較(1)膜タンパク質(ﾊﾞｸﾃﾘｵロドﾌﾟｼﾝ 3,686原子)のｴﾈﾙｷﾞｰ*計算
500

実行時間[秒]

400

300

200

100

0

C社
833MHz
4CPU

H社
550MHz
6CPU

S社
400MH
6CPU

PRIMEPOWER(675MHz/8CPU)* : 生成熱

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50

MOPAC2002の計算速度比較(2)HIV逆転写酵素・阻害剤複合体(Efavirenz)のｴﾈﾙｷﾞｰ*計算
200

原子数:15,531

実行時間[分]

160

120

80

40

0

S社
UNIXｻｰﾊﾞ(400MHz)
6CPU

10CPU

PRIMEPOWER(675MHz)
6CPU 10CPU* : 生成熱51

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ﾊﾞｲｵｲﾝﾌｫﾏﾃｨｯｸｽを支える充実したサービスメニュー
l バイオ向けシステムの構築&運用/利用支援サービス
Ø お客さまのニーズに合わせたシステムの構築
Ø 構築したシステムの運用と利用を支援

l アプリケーションチューニングサービス
Ø ｱﾌﾟﾘｹｰｼｮﾝが利用されるﾌﾟﾗｯﾄﾌｫｰﾑ向けのﾁｭｰﾆﾝｸﾞ(ｽｶﾗﾁｭｰ

ﾆﾝｸﾞ、並列化)を実施• Sunｺﾝﾊﾟｲﾗ→富士通ｺﾝﾊﾟｲﾗ• ｺﾝﾊﾟｲﾙﾁｭｰﾆﾝｸﾞ• ﾗｰｼﾞﾍﾟｰｼﾞ機能• ｽｶﾗﾁｭｰﾆﾝｸﾞ
• 並列化

0.8
0.4

30

高速化倍率

経過時間比

1.2

分子動力学計算アプリ
約5倍(8CPU時)の高速化！

流体解析プログラム
約25倍(14CPU時)の高速化！

20
スカラチュ
ーニング

10

並列化

0.0

チューニング前チューニング後

0

0

4

8

12

16

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CPU数FUJITSU LTD. 2002

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Contentsl 富士通のﾊﾞｲｵｲﾝﾌｫﾏﾃｨｸの取り組み
Ø歴史・体制Øバイオインフォマティク向けソリューション体系

l 代表的なソリューションのご紹介ØPost Genome PlatformØアプリケーションPKG
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uMOPAC2002の適用例とチューニング事例
l まとめ

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まとめ
ポストゲノム時代のバイオインフォマティックス・ソリューション を提供
システム運用受託
解析・コンサルティング• Web Solution : 固有の研究ﾌﾛｰ のｼｽﾃﾑ化• Outsourcing :ﾌﾟﾗｯﾄﾌｫｰﾑに最適化された
目的別専門PKG• Infrastructure : Post Genome Platform(ﾊｰﾄﾞ、PKG、ｻｰﾋﾞｽ、統合ｿﾌﾄ)• Application :富士通はお客様のバイオ研究・開発を支援いたします。
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