浪潮存儲服務清華大學，推動中國腦科學研究 _清華大學

背景:人類對大腦這個重要器官感興趣:大腦是如何指揮日常行為的？800億神經元如何協同傳遞信息？經過幾年的攻擊，清華大學發表了綜合指標國際領先的多維多尺度高分辨光學微影像系統(簡稱RUSH腦影像)，采用浪潮分布式存儲提供PB級容量和20.16GB/s帶寬，承載鼠全腦皮層神經元的實時影像研究。

浪潮存儲服務清華大學，推進大腦科學研究

正文:

最近，清華大學多維多尺度高分辨率顯微圖像(簡稱RUSH大腦圖像)項目取得了重大進展，其第二代RUSH視野、分辨率、幀率、數據通量等綜合技術指標國際領先，實現了鼠全腦皮層神經元的分布、動態功能信號傳遞過程的正確表現，促進了中國的生命和醫學科學發展

活體全腦像哪里難？

開展大腦研究，需要對活體動物的全腦進行觀測和研究。因此清華大學腦科研項目組選擇了小鼠大腦率先進行全腦實時成像研究。

RUSH大腦成像項目研究了擁有1億神經元的老鼠大腦，但該工作的復雜性極高，老鼠大腦的神經元胞體直徑約為10微米，神經元之間連接的突擊為2~4微米，老鼠大腦擁有1億左右的神經元而考慮到人類大腦規模是小鼠的大腦的800倍（神經元數量），復雜度不可同日而語。

從腦成像角度來看，要對大腦進行觀測，不僅需要寬闊的視野和極高的分辨率，還需要極高的呈現速度來觀測動態信號傳遞過程。

清華大學范靜濤老師表示，在RUSH研究之前，現有的顯微觀測設備可以實現足夠高的分辨率，但是很難看到全腦，或者可以看到全腦神經活動，但是不能看到足夠的神經元細節。主要原因是受光學成像能力和數據采集的同時傳輸量瓶頸的影響。現在，在清華RUSH項目組的努力下，這種情況被改寫了。

大腦圖像:每秒100億像素，每天2.7PB，不能丟失幀

RUSH-II實現視場大小1平方厘米、分辨率0.4微米、幀率30幀/秒的指標，意味著更好地滿足大腦的觀測需求。

RUSH大腦成像項目在拍攝過程中每秒有100億像素數據流量，每天有1.5PB數據

大視野、高分辨率考驗RUSH大腦成像項目的光學特性，需要滿足極高的表現速度RUSH腦成像項目有28臺相機，每臺相機有1200萬像素，連續拍攝過程中產生100.8億像素/秒的數據通量，這意味著連續拍攝任務中每天產生2.7PB左右的數據，存儲系統顯然具有非常高的容量

清華大腦科學研究項目對存儲的要求不僅僅是容量，更大的挑戰是存儲實時在線，不能丟幀，清華大學范靜濤說。例如，在研究過程中，研究人員會在小鼠血液中加入熒光劑，然后會使用RUSH中的28臺相機，以每秒30幀、連續72小時的方式對小鼠進行拍攝，最后將這些圖片拼接成三維圖像序列。老鼠是活體，血液總是不流動，照相機需要跟蹤細胞的流動曲線，即使一幀的丟失，研究人員也無法跟蹤整個過程，3D圖像的連接也無法說明，耗時費力的攝影項目失敗了。除此之外，RUSH腦成像項目對存儲系統的挑戰還有很多。例如，RUSH大腦影像系統的照相機每秒產生840個文件，每個文件產生24MB，這些大容量的小文件非常考驗存儲系統的處理能力，另外，在一些生命科學影像觀測中，72小時的觀測產生大容量的文件，從最初的文件到填寫，不能丟失幀，需要確保長時間的穩定寫作

分布式存儲:以智能運輸為基礎，滿足PB級數據不丟失幀

該項目的需求，浪潮提供基于分布式存儲平臺AS13000的高性能、高可用性、高穩定性存儲解決方案，提供40個節點的存儲服務

分布式存儲成為新趨勢

浪潮技術人員表示，根據RUSH大腦科研的應用特征和存儲系統性能、帶寬、擴展性、接口等需求指標，進行業務模擬測試，實際測量承載的數據量和運行時間，根據用戶未來業務擴展的需求增加數據量，驗證系統和平臺的承載能力和性能變化

此外，RUSH腦成像系統還部署浪潮智能統一存儲管理平臺InView，在數百萬個文件的環境下，通過人工智能技術實現存儲部署、運維、管理、調優的自動化，實現了對于故障盤90%以上的預測準確率。

正如IDC和浪潮在《2019數據和存儲發展報告》中提到，數據存儲已經成為承載產業變革的基礎平臺，高效、易于擴展的分布式存儲成為趨勢，人工智能技術也迅速融入存儲系統的發展。清華大學RUSH腦成像項目在數字化、智能化方面應用實踐成功，顯示了數據平臺在推進科研行業變革升級方面的巨大能量。

探索生命科學的終極領域

探索大腦科學，不僅有助于增進對生命的認知，對大腦疾病的治療和預防也很重要。現代醫學已經有了很大的發展，但我們仍然沒有找到自閉癥、抑郁癥、精神分裂癥等精神疾病的特效療法，更不用說帕金森綜合征、阿爾茲海默癥等腦病讓數億人忍受著痛苦。

科學家們沖擊大腦科學這一生命科學的終極領域，大腦成像的研究和創新給大腦的秘密帶來了新的機會。

中國大腦計劃起步晚，但發展速度非常快，十三五國家科學技術創新計劃將大腦科學和類大腦研究列為科學技術創新2030-重大項目，大腦科學尖端研究的高度。2016年，中國發表了腦科學和類腦研究國家的重大科學技術專業，在這個未知的尖端領域留下了更多的科學研究者的身影。

【浪潮存儲服務清華大學，推動中國腦科學研究】范靜濤表示，他最近正在考慮一件事，看世界上的顯微系統，在小視野/低分辨率、大視野/低分辨率、小視野/高分辨率三個領域，相繼出現了20多項諾貝爾獎，但只有大視野/高分辨率還沒有突破。這個機會，有來自中國的可能性現在的方向嗎？未來會給出答案。