浪潮存储服务清华大学，推动中国脑科学研究 _清华大学

背景:人类对大脑这个重要器官感兴趣:大脑是如何指挥日常行为的？800亿神经元如何协同传递信息？经过几年的攻击，清华大学发表了综合指标国际领先的多维多尺度高分辨光学微影像系统(简称RUSH脑影像)，采用浪潮分布式存储提供PB级容量和20.16GB/s带宽，承载鼠全脑皮层神经元的实时影像研究。

浪潮存储服务清华大学，推进大脑科学研究

正文:

最近，清华大学多维多尺度高分辨率显微图像(简称RUSH大脑图像)项目取得了重大进展，其第二代RUSH视野、分辨率、帧率、数据通量等综合技术指标国际领先，实现了鼠全脑皮层神经元的分布、动态功能信号传递过程的正确表现，促进了中国的生命和医学科学发展

活体全脑像哪里难？

开展大脑研究，需要对活体动物的全脑进行观测和研究。因此清华大学脑科研项目组选择了小鼠大脑率先进行全脑实时成像研究。

RUSH大脑成像项目研究了拥有1亿神经元的老鼠大脑，但该工作的复杂性极高，老鼠大脑的神经元胞体直径约为10微米，神经元之间连接的突击为2~4微米，老鼠大脑拥有1亿左右的神经元而考虑到人类大脑规模是小鼠的大脑的800倍（神经元数量），复杂度不可同日而语。

从脑成像角度来看，要对大脑进行观测，不仅需要宽阔的视野和极高的分辨率，还需要极高的呈现速度来观测动态信号传递过程。

清华大学范静涛老师表示，在RUSH研究之前，现有的显微观测设备可以实现足够高的分辨率，但是很难看到全脑，或者可以看到全脑神经活动，但是不能看到足够的神经元细节。主要原因是受光学成像能力和数据采集的同时传输量瓶颈的影响。现在，在清华RUSH项目组的努力下，这种情况被改写了。

大脑图像:每秒100亿像素，每天2.7PB，不能丢失帧

RUSH-II实现视场大小1平方厘米、分辨率0.4微米、帧率30帧/秒的指标，意味着更好地满足大脑的观测需求。

RUSH大脑成像项目在拍摄过程中每秒有100亿像素数据流量，每天有1.5PB数据

大视野、高分辨率考验RUSH大脑成像项目的光学特性，需要满足极高的表现速度RUSH脑成像项目有28台相机，每台相机有1200万像素，连续拍摄过程中产生100.8亿像素/秒的数据通量，这意味着连续拍摄任务中每天产生2.7PB左右的数据，存储系统显然具有非常高的容量

清华大脑科学研究项目对存储的要求不仅仅是容量，更大的挑战是存储实时在线，不能丢帧，清华大学范静涛说。例如，在研究过程中，研究人员会在小鼠血液中加入荧光剂，然后会使用RUSH中的28台相机，以每秒30帧、连续72小时的方式对小鼠进行拍摄，最后将这些图片拼接成三维图像序列。老鼠是活体，血液总是不流动，照相机需要跟踪细胞的流动曲线，即使一帧的丢失，研究人员也无法跟踪整个过程，3D图像的连接也无法说明，耗时费力的摄影项目失败了。除此之外，RUSH脑成像项目对存储系统的挑战还有很多。例如，RUSH大脑影像系统的照相机每秒产生840个文件，每个文件产生24MB，这些大容量的小文件非常考验存储系统的处理能力，另外，在一些生命科学影像观测中，72小时的观测产生大容量的文件，从最初的文件到填写，不能丢失帧，需要确保长时间的稳定写作

分布式存储:以智能运输为基础，满足PB级数据不丢失帧

该项目的需求，浪潮提供基于分布式存储平台AS13000的高性能、高可用性、高稳定性存储解决方案，提供40个节点的存储服务

分布式存储成为新趋势

浪潮技术人员表示，根据RUSH大脑科研的应用特征和存储系统性能、带宽、扩展性、接口等需求指标，进行业务模拟测试，实际测量承载的数据量和运行时间，根据用户未来业务扩展的需求增加数据量，验证系统和平台的承载能力和性能变化

此外，RUSH脑成像系统还部署浪潮智能统一存储管理平台InView，在数百万个文件的环境下，通过人工智能技术实现存储部署、运维、管理、调优的自动化，实现了对于故障盘90%以上的预测准确率。

正如IDC和浪潮在《2019数据和存储发展报告》中提到，数据存储已经成为承载产业变革的基础平台，高效、易于扩展的分布式存储成为趋势，人工智能技术也迅速融入存储系统的发展。清华大学RUSH脑成像项目在数字化、智能化方面应用实践成功，显示了数据平台在推进科研行业变革升级方面的巨大能量。

探索生命科学的终极领域

探索大脑科学，不仅有助于增进对生命的认知，对大脑疾病的治疗和预防也很重要。现代医学已经有了很大的发展，但我们仍然没有找到自闭症、抑郁症、精神分裂症等精神疾病的特效疗法，更不用说帕金森综合征、阿尔兹海默症等脑病让数亿人忍受着痛苦。

科学家们冲击大脑科学这一生命科学的终极领域，大脑成像的研究和创新给大脑的秘密带来了新的机会。

中国大脑计划起步晚，但发展速度非常快，十三五国家科学技术创新计划将大脑科学和类大脑研究列为科学技术创新2030-重大项目，大脑科学尖端研究的高度。2016年，中国发表了脑科学和类脑研究国家的重大科学技术专业，在这个未知的尖端领域留下了更多的科学研究者的身影。

【浪潮存储服务清华大学，推动中国脑科学研究】范静涛表示，他最近正在考虑一件事，看世界上的显微系统，在小视野/低分辨率、大视野/低分辨率、小视野/高分辨率三个领域，相继出现了20多项诺贝尔奖，但只有大视野/高分辨率还没有突破。这个机会，有来自中国的可能性现在的方向吗？未来会给出答案。