Oracle Cloudでの分子モデリングおよびDrug Discovery用のNVIDIA GPUのデプロイ
GridMarketsのEnvoyプラットフォームは、世界中のデータ・センターでOracle Cloud上で実行され、様々なタンパク質に対する医薬品分子の反応をシミュレートするために必要な時間を劇的に削減します。
40年以上前に薬剤化合物をモデル化する方法として、コンピュータ支援薬剤設計(CADD)の出現により、薬剤研究者はより多くの分子をスクリーニングし、最も有望な薬剤候補を研究室でより速く、より安く特定することができました。機械学習技術の進歩、計算能力、並列化、および GridMarketsなどのクラウドネイティブなシミュレーションプラットフォームを組み合わせることで、薬剤研究者は、数週間または数か月から数時間までのさまざまなタンパク質に対する薬物分子の反応をシミュレートするのにかかる時間を短縮することができました。
AMBER、GROMACS、NAMD、MOEなどの一般的な分子モデリング・プラットフォームに統合されるGridMarkets独自のEnvoyアプリケーションを使用することで、医薬品の研究者は数千のリガンドを送信でき、これらは機械の数とその処理能力に応じて1日以内に並行して実行できます。
2011年に、連続起業家Mark RossとHakim Karimによって設立されたGridMarketsは、世界中のデータ・センターにあるOracle Cloudの高性能サーバー上で分子シミュレーション・プラットフォームを実行しています。Oracle Cloud Infrastructureでは、リクエストをキューイングしたり、シミュレーションをスケジュールする必要はありません。かわりに、GridMarketsの顧客は、必要に応じていつでも(ほぼ)無制限の数のマシンにアクセスでき、使用されていない容量に対して支払う必要はありません。
顧客がシミュレーションを実行するマシンの数を選択してから数秒以内に、GridMarketsはソフトウェアおよびコンピュート・リソースを構成し、データを暗号化し、リクエストを送信します。ジョブが終了すると、結果が自動的に返され、マシンが停止されるため、残っているコストはありません。GridMarketsのワークフローはローカル・リソースを結び付けないため、医薬品研究者は会社のファイアウォールの背後に座って待つ必要はありません。代わりに、世界中のどこでもノートパソコンからシミュレーションを実行できます。GridMarketsは、多層防御のセキュリティにゼロトラスト方式を使用して、自社の環境と顧客の知的財産を保護するために、Oracle Cloudでプラットフォームを保護しています。
アーキテクチャ
GridMarketsはマルチクラウド・プラットフォームで、エンド・ユーザーのデスクトップからEnvoyという独自のアプリケーションを介してアクセスします。
Envoyクライアントは、APIを使用して、Oracle Cloud Infrastructure (OCI)にホストされているヘッドエンド・リージョンへのアクセスをリクエストします。Oracle Cloud Infrastructure Load Balancingは、ユーザー、ジョブ、タスクおよび請求を追跡する、フロント・エンド、ユーザー・インタフェースおよびマイクロサービス用の高可用性(HA)を提供します。これらのマイクロサービスは、Dockerコンテナでホストされます。Oracle MySQL Database Serviceは、フロント・エンドから収集されたデータのストレージと、サービスを実行する一時的なトランザクション・データのRabbitMQを提供します。
ユーザーが認証され、ヘッドエンド・リージョンとの接続を確立した後、シミュレーションの実行に必要なマシンとCPUまたはGPUの数をリクエストできます。ヘッドエンド・リージョンは、要求の送信先を決定します。リクエストは、GridMarketsのクライアントがリクエストするマシンのタイプの可用性に応じて、任意のクラウド・サービス・プロバイダまたはOCI内の任意のリージョンに送信できます。
リクエストが完了すると、Envoyは、モデル化、シミュレートまたはレンダリングされるデータをOracle Cloud Infrastructure Object Storageビルディング・ブロックにアップロードします。その後、データはオブジェクト・ストレージからプルされ、NASファイラ(スクラッチおよびステージング構築ブロック)にアタッチされたOracle Cloud Infrastructure Block Volumesに格納されるため、アプリケーションの実行中に高速なストレージ・アクセスが可能になります。リクエストされたコンピュート・シェイプに基づいて、管理サーバーによってアプリケーションが開始され、リクエストされたOCIリージョン(CPUまたはGPUビルディング・ブロック)のHPCクラスタを使用してデータの処理が開始されます。モデリングまたはシミュレーションが完了すると、結果がオブジェクト・ストレージにプッシュバックされ、Envoyクライアントを介してユーザーに自動的にダウンロードされます。
バックグラウンドで、管理サーバーはジョブのスケジュールを設定し、リソースを割り当て、キューおよびファイル管理を実行し、可用性、使用状況および請求情報をヘッドエンド・リージョンに報告します。
次の図は、このリファレンス・アーキテクチャを示しています。
gridmarkets-oci-arch-oracle.zip
GridMarketsのロードマップでは、そのオプションが使用可能になったときに仮想マシンでNVIDIA A10 Tensor Core GPUが使用されています。Gridmarketsは、リソース管理のために人工知能(AI)と機械学習(ML)を統合するためのオプションも模索しています。
アーキテクチャには次のコンポーネントがあります。
- テナント
テナンシは、Oracle Cloud Infrastructureへのサインアップ時にOracleがOracle Cloud内で設定するセキュアで分離されたパーティションです。テナンシ内のOracle Cloudでリソースを作成、整理および管理できます。テナンシは、会社または組織と同義です。通常、会社は単一のテナンシを持ち、そのテナンシ内の組織構造を反映します。通常、単一のテナンシは単一のサブスクリプションに関連付けられ、単一のサブスクリプションには1つのテナンシのみが含まれます。
- リージョン
Oracle Cloud Infrastructureリージョンは、可用性ドメインと呼ばれる1つ以上のデータ・センターを含むローカライズされた地理的領域です。リージョンは他のリージョンから独立しており、広大な距離で(国間や大陸間でも)リージョンを分離できます。
- 可用性ドメイン
可用性ドメインは、リージョン内の独立したスタンドアロン・データ・センターです。各可用性ドメイン内の物理リソースは、他の可用性ドメイン内のリソースから分離されているため、フォルト・トレランスが提供されます。可用性ドメインどうしは、電力や冷却、内部可用性ドメイン・ネットワークなどのインフラを共有しません。そのため、ある可用性ドメインでの障害がリージョン内の他の可用性ドメインに影響することはほとんどありません。
- 仮想クラウド・ネットワーク(VCN)およびサブネット
VCNは、Oracle Cloud Infrastructureリージョンで設定するカスタマイズ可能なソフトウェア定義ネットワークです。VCNは、従来のデータ・センター・ネットワークと同様に、ネットワーク環境の完全な制御を可能にします。VCNには重複しない複数のCIDRブロックを含めることができ、VCNの作成後にそれらを変更できます。VCNをサブネットにセグメント化して、そのスコープをリージョンまたは可用性ドメインに設定できます。各サブネットは、VCN内の他のサブネットと重複しない連続した範囲のアドレスで構成されます。サブネットのサイズは、作成後に変更できます。サブネットはパブリックにもプライベートにもできます。
- セキュリティ・リスト
サブネットごとに、サブネットの内外で許可する必要があるトラフィックのソース、宛先およびタイプを指定するセキュリティ・ルールを作成できます。
- ルート表
仮想ルート表には、サブネットからVCN外部の宛先(通常はゲートウェイ経由)へのトラフィックをルーティングするルールが含まれます。
- インターネット・ゲートウェイ
インターネット・ゲートウェイにより、VCN内のパブリック・サブネットとパブリック・インターネットの間のトラフィックが許可されます。
- サービス・ゲートウェイ
サービス・ゲートウェイは、VCNからOracle Cloud Infrastructure Object Storageなどの他のサービスへのアクセスを提供します。The traffic from the VCN to the Oracle service travels over the Oracle network fabric and never traverses the internet.
- ロード・バランサ
Oracle Cloud Infrastructure Load Balancingサービスは、単一のエントリ・ポイントからバックエンドの複数のサーバーへの自動トラフィック分散を提供します。
- コンピュート
Oracle Cloud Infrastructure Computeサービスを使用すると、クラウド内のコンピュート・ホストをプロビジョニングおよび管理できます。CPU、メモリー、ネットワーク帯域幅およびストレージのリソース要件を満たすシェイプを使用してコンピュート・インスタンスを起動できます。コンピュート・インスタンスを作成したら、セキュアにアクセスし、再起動してボリュームをアタッチおよびデタッチし、不要になったら終了できます。
- ベア・メタル
Oracleのベア・メタル・サーバーは、専用のコンピュート・インスタンスを使用して分離、可視性および制御を提供します。サーバーは、多くのコア数、大量のメモリー、および高帯域幅を必要とするアプリケーションをサポートします。最大160コア(業界最大)、2TBのRAM、最大1PBのブロック・ストレージまで拡張できます。お客様は、他のパブリック・クラウドやオンプレミスのデータ・センターより、パフォーマンスが大幅に優れたOracleのベア・メタル・サーバーにクラウド環境を構築できます。
- オブジェクト・ストレージ
オブジェクト・ストレージでは、データベース・バックアップ、分析データ、イメージやビデオなどのリッチ・コンテンツなど、あらゆるコンテンツ・タイプの構造化データおよび非構造化データにすばやくアクセスできます。インターネットから直接またはクラウド・プラットフォーム内から、安全かつセキュアにデータを格納し、取得できます。パフォーマンスやサービスの信頼性を低下させることなく、ストレージをシームレスに拡張できます。迅速、即時、頻繁にアクセスする必要があるホット・ストレージには、標準ストレージを使用します。アーカイブ・ストレージは、長期間保存し、ほとんどまたはほとんどアクセスしないコールド・ストレージに使用します。
- ブロック・ボリューム
ブロック・ストレージ・ボリュームでは、ストレージ・ボリュームを作成、アタッチ、接続および移動し、ボリューム・パフォーマンスを変更して、ストレージ、パフォーマンスおよびアプリケーションの要件を満たすことができます。ボリュームをインスタンスにアタッチおよび接続した後は、そのボリュームを通常のハード・ドライブのように使用できます。また、データを失うことなく、ボリュームを切断して別のインスタンスにアタッチすることもできます。
- Oracle MySQL Database Service
Oracle MySQL Database Serviceは、開発者がセキュアなクラウド・ネイティブ・アプリケーションを迅速に開発およびデプロイできるフルマネージドのOracle Cloud Infrastructure (OCI)データベース・サービスです。OCI用に最適化され、OCIで排他的に利用可能になるOracle MySQL Database Serviceは、OCIおよびMySQLエンジニアリング・チームによって100%構築、管理、サポートされています。
Oracle MySQL Database Serviceには、運用MySQLデータベースに対して高度なリアルタイム分析を直接実行するための高パフォーマンス分析エンジン(HeatWave)が統合されています。
- モニタリング
Oracle Cloud Infrastructure Monitoringサービスは、メトリックを使用してクラウド・リソースをアクティブまたはパッシブに監視し、リソースおよびアラームをモニターして、これらのメトリックがアラーム指定トリガーを満たしたときに通知します。
- ロギングLoggingは、クラウド内のリソースから次のタイプのログにアクセスできるようにする、スケーラビリティの高いフルマネージド・サービスです。
- 監査ログ: 監査サービスによって発行されるイベントに関連するログ。
- サービス・ログ: APIゲートウェイ、イベント、ファンクション、ロード・バランシング、オブジェクト・ストレージ、VCNフロー・ログなどの個々のサービスによって発行されたログ。
- カスタム・ログ: カスタム・アプリケーション、他のクラウド・プロバイダまたはオンプレミス環境からの診断情報を含むログ。
- イベント
Oracle Cloud Infrastructureサービスは、リソースの変更を記述する構造化メッセージであるイベントを発行します。イベントは、作成、読取り、更新または削除(CRUD)操作、リソース・ライフサイクル状態の変更、およびクラウド・リソースに影響するシステム・イベントに対して発行されます。
- 電子メール配信
Oracle Cloud Infrastructure Email Deliveryは、スケーラビリティ、コスト効率および信頼性に優れた電子メール配信サービスです。ミッション・クリティカルなマーケティング、通知、および領収書、不正検知アラート、多要素による本人確認、パスワードのリセットなどのトランザクション通信用の大量のアプリケーション生成電子メールを送信できます。
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