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Anthropic 用 Claude 优化 30 多个开源生物分子模型,平均提速约 4 倍并开源全部代码

Anthropic:Research(发表成果 · 网页)Aioga 编辑团队2026-09-17T19:49:41.000Z热度 72

Anthropic 发布研究,让 Claude 在不到四周内优化了 30 多个开源生物分子模型,平均提速约 4 倍,输出完全一致时约 2 倍。

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今日 AI 情报摘要

Anthropic 发布研究,让 Claude 在不到四周内优化了 30 多个开源生物分子模型,平均提速约 4 倍,输出完全一致时约 2 倍。

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在这篇文章中,我们分享了 Claude 如何使科学家用于预测和设计生物分子的开源模型更快且更节省内存。Claude 在不到四周的时间内优化了 30 多个此类模型,使它们的速度平均提高约 4 倍。它还创建了一个低内存模式,使得在单个 NVIDIA GPU 节点上能够准确预测超过 10,000 个标记(氨基酸、核苷酸以及来自小分子和离子的原子)的生物分子系统。我们正在开源所有优化后的代码,并宣布与 Adaptyv Bio 联合赞助的一场蛋白质设计竞赛,奖励包括价值高达 100 万美元的 Claude 积分以及对 5,000 多个设计进行湿实验验证。最近,我们分享了成果:https://www.anthropic.com/research/Claude-accelerates-protein-design,展示了 Claude 如何通过专家级协调开源蛋白质设计和结构预测模型来设计“de novo”蛋白质结合物。“de novo”结合物是通过计算设计的小型蛋白质,可以紧密附着于特定靶分子以激活、阻断或传递某种物质。

尽管这是一个令人鼓舞的 AI 科学能力展示,也是推动药物发现的早期一步,但这需要的资源远多于大多数蛋白质设计师所能获得的。我们允许 Claude 在 AI 基础设施平台 Modal 上每个靶点使用高达 1 万美元的资源,相当于约 2,500 个 NVIDIA H100 GPU 小时。

为了使这类研究更加可及,我们开始探索推理优化,以更高效地运行这些模型。作为这些优化的早期成果,Claude Mythos 5.1:https://www.anthropic.com/claude-fable-and-mythos-5-1 加速了七个开源生物学模型,使它们的运行速度提高最多 2.5 倍。

在这里,我们展示了新的结果,表明一个通用的内部研究模型能够优化30多个针对各种生物学任务训练的深度学习模型,例如结构预测和蛋白质设计,以及基因组学和蛋白质语言模型。平均而言,Claude 能够将这些任务的速度大约提高4倍,同时仅牺牲极少的精度,并且在输出完全相同的情况下,几乎提高了2倍。Claude 还改善了这些模型的内存利用率,使预测前所未有规模的生物分子系统成为可能。通过将这些结果与我们以前的主动蛋白质设计方法的简化相结合,我们表明 Claude 可以以使用 GPU 小时数减少两个数量级的情况下,实现与我们之前报道的结果相当的体外计算性能。

在蛋白质设计之外,这些专业的生物学模型也被分子生物学家广泛使用,包括药物发现和开发。我们今天将所有这些模型的优化代码开源(这里:https://github.com/anthropics/uplifting-biomolecular-modeling),以便更广泛的社区使用。您可以在我们的技术报告中找到更多细节(这里:https://www-cdn.anthropic.com/d8ca26d0d205708d26c7337cf4cfe7cb52e9b671.pdf)。

为了进一步支持社区,我们还与 Adaptyv Bio 共同赞助了一项蛋白质设计竞赛,该公司在开放蛋白质设计竞赛方面处于领先地位:https://proteinbase.com/competitions。我们联合选择了五个当今能力前沿的挑战性问题。与 Adaptyv 合作,并感谢 Modal 和 Twist Bioscience 的慷慨贡献,我们承诺提供高达100万美元的 Claude 积分和25万美元的 Modal 计算积分,以及超过5000个设计的湿实验验证。更多信息可以参见(这里:https://proteinbase.com/competitions/anthropic-adaptyv-2026)及(申请这里:https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSc0Hz1ZWYTt_wkn76ViVxDghmEhG_OeVEcj9YGHxLWqxF1kWw/viewform?usp=dialog)。

蛋白质结构预测是仅根据氨基酸序列确定蛋白质三维结构的问题。与此同时,蛋白质设计是创建具有特定结构、功能或属性的蛋白质的过程。这些计算工具共同使科学家能够研究关键生物分子过程,例如癌症如何形成,并创造有用的分子,例如能够靶向这些癌症的药物。

现代结构预测模型,如 AlphaFold3、OpenFold3 和 Boltz-2,将大量计算运行时间和内存消耗用于两个操作:三角注意(triangle attention)和三角乘法(triangle multiplication),这两个操作作用于 token 的三元组。这些操作使得模拟生物分子系统的几何结构成为可能,但它们计算成本极高,因为运行时间和内存都呈三次方增长:系统规模加倍时使用的时间和内存增加 8 倍,三倍时增加 27 倍。

编写内核——针对 GPU 等加速计算硬件的低级软件转换层——是降低这些成本的标准方法。鉴于其重要性,三角注意和三角乘法一直是专门的内核开发目标,最初是 NVIDIA 的 cuEquivariance:https://github.com/nvidia/cuequivariance,最近则是 NVIDIA 的 BioNeMo 推理运行时(BioNeMo-IR):https://github.com/NVIDIA-BioNeMo/BioNeMo-Inference-Runtime。

在我们优化结构预测模型推理的工作中,我们与 Claude 合作开发了 FlashPairformer,一组加速三角注意和三角乘法的自定义内核。它达到了新的最先进水平,在三角注意上平均超越领域标准:https://github.com/nvidia/cuequivariance 2.7-2.9 倍,三角乘法上根据模型配置超越 1.7-3.2 倍。

Chart showing Claude's kernel optimization

除了开发可迁移的内核之外,我们还将Claude指向每个单独的模型,目的是产生更具体的优化。这些优化包括诸如缓存冗余的重复计算工作以及将死分支简化为其常量输出等更改。这些改进的组合平均将结构预测模型的速度提高了4倍,并且对于每个模型,我们确认Claude加速的版本并不影响下游任务(例如结构预测)的性能。

通常,一个经验丰富的工程团队需要数周时间才能为每个模型生成这样的优化,而且这些工作通常无法在不同模型之间迁移。在两名Anthropic技术人员的监督下——他们在生物分子建模方面具有经验,但在推理优化或内核工程方面没有先前经验——Claude在不到四周的时间里完成了对30多个开源模型的加速工作,这些模型涵盖生物分子结构预测、蛋白质设计、蛋白质语言建模和基因组学。我们的结果表明,前沿AI模型将帮助该领域的其他人更快速、更轻松地构建科学工具。

Bar chart showing Claude's accelerated optimizations over dozens of structure models
Bar chart showing how Claude’s optimizations also sped up multiple protein design models spanning hallucination, structure generation, and inverse folding.
Chart showing the performance of Claude's fast mode

除了加快这些蛋白质结构预测和设计模型的速度之外,我们还让Claude在模拟大型分子机器时减少内存使用。细胞中的大部分工作都是由这些系统完成的,包括构建蛋白质的核糖体、为细胞提供能量的呼吸复合体,以及帮助其他蛋白质折叠的伴侣蛋白。每个系统都是由数十个组件构建的,其功能取决于这些组件如何组合和相互作用。预测如此大型系统的结构通常需要大量计算资源,这些资源对大多数分子生物学家而言是无法获取的,例如分布在多个GPU节点上的推理计算。

Claude 创建了一种低内存“Big”模式,该模式能够精确建模超过 10,000 令牌的大型系统,并能够在仅使用一个 NVIDIA GPU 节点的情况下对超过 70,000 令牌的系统进行成功推理——这是以前难以实现的任务。使用 Big 模式成功折叠的分子机器包括人类线粒体复合物 I、TRiC 分子伴侣复合体、蛋白酶体和细菌核糖体,每个结构都与实验测定的结构高度匹配。据我们所知,这些是迄今为止使用结构预测模型精确折叠的最大结构之一,复合物 I 和 70S 核糖体每个结构都超过 10,000 令牌,而 AlphaFold3 准确预测的 40S 核糖体:https://www.nature.com/articles/s41586-024-07487-w,包含 7,663 令牌。

Image of large molecular complexes created by Claude's "big" mode

为了测试 Claude 优化的极限,我们让 Claude 预测比之前任何工作所处理的更大规模的结构。使用单个 8-GPU B300 节点,Claude 生成了整个病毒衣壳和蛋白质隔间的预测,规模从超过 31,000 令牌到超过 70,000 令牌不等。相比这些结构预测模型的训练上下文,这些系统几乎大了两个数量级,并且,或许并不令人意外地,它们的预测结果并不正确。然而,由于现在只需一个 NVIDIA B300 节点就能进行此规模的推理,这一障碍已显著降低,这表明随着工具的改进,研究人员很快将能够计算模拟越来越复杂的生物系统。

More images of large molecular machines

在我们早期的蛋白质设计工作中,我们向 Claude 提供了大约 16,000 字的提示词,鼓励它利用子代理,并在 24 小时内每个目标在 Modal 上花费最多 10,000 美元(约 2,500 个 NVIDIA H100 GPU 小时)。在此,我们允许单个 Claude 模型访问一块 NVIDIA H200、24 小时的实际时间,以及大约 1,100 字的提示词和预装工具的参考表,不使用子代理,也没有人类干预设计。

我们使用本文中描述的加速生物分子模型,对16个目标运行了三种Claude模型(Mythos 5.1、Mythos 5 和 Opus 5)。我们通过ipSAE对设计进行评分:https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2025.02.10.637595v2,这是一种已被证明能够预测实验室结合性的计算评分。在16个目标上平均,三种Claude模型评估出的中位数评分和最高评分设计与我们早期的Mythos 5.1项目相比,其ipSAE值大致相同,尽管使用的GPU小时数少约两个数量级。我们还考虑了Claude的令牌成本,发现通过约150美元的GPU和令牌总支出,就能实现与我们之前项目水平相当的计算机内性能。

上述优化帮助我们更高效地预测和设计分子,同时解锁了原本因资源限制无法实现的能力。为了展示这些优化带来的提升以及Claude在分子设计中的广泛影响,我们与Adaptyv Bio合作,启动了一项蛋白质设计竞赛:https://proteinbase.com/competitions/anthropic-adaptyv-2026。我们选择了目前蛋白质设计能力前沿的五个问题,包括物种交叉反应性、pH敏感性和肽-MHC特异性等挑战,以及如GPCRs等困难靶点。

与Adaptyv团队合作,我们将对社区提交的超过5000个设计进行实验验证,以应对这些问题。我们将为参与研究人员提供高达100万美元的Claude额度和用于实验验证的额外资金,Modal将提供高达25万美元的计算额度,Twist Bioscience将提供竞赛所需的DNA。您可以在这里找到更多信息,包括资格标准(https://proteinbase.com/competitions/anthropic-adaptyv-2026)以及申请方式(https://docs.google.com/forms/d/e/1FAIpQLSc0Hz1ZWYTt_wkn76ViVxDghmEhG_OeVEcj9YGHxLWqxF1kWw/viewform?usp=dialog)。

我们还开始通过生命科学验证项目为生命科学家提供前沿AI能力,用于生物学相关工作。我们最近注册了第一批组织,并于今天公开测试阶段开放该项目。更多信息请见:https://www.anthropic.com/news/life-sciences-verification-program)。

以下资源提供了更深入的技术深度和关于上述结果的详细信息:

Anthropic的前沿红队开发了新的评估,用于衡量AI在战术情报、目标锁定和常规武器开发中的能力。

我们对四起Claude模型未经授权访问真实第三方系统的事件进行了对齐评估。

我们正在分享费马大定理的首个完整的计算机检查证明。Claude在11天内基本自主地用精益编程语言编写了证明。

专题介绍人工智能辅助发现、实用工作流程及跨科学领域的田野笔记。

情报判断

Aioga 编辑摘要

Anthropic称,Claude在不到四周内优化了30多个开源生物分子模型,平均提速约4倍;在输出完全一致的情况下,提速接近2倍,并开源全部优化代码。

背景分析

这些模型用于结构预测、蛋白质设计、基因组学和蛋白质语言建模。研究还介绍了低内存模式,可在单个NVIDIA GPU节点上预测超过10000个令牌规模的生物分子系统。

Aioga 观点

Aioga 判断:此次成果的核心价值在于把模型推理优化与开源交付结合起来,但来源仅说明了基准测试和代码发布,尚不足以证明其已转化为实际药物研发成果。

影响与后续

可能影响:开源优化代码可能帮助研究者减少部分模型运行所需的计算资源,但不代表所有任务都能获得相同加速,也不足以推断实验验证、药物开发或商业应用会同步提速。 后续观察:应关注开源代码在不同硬件、模型和生物分子任务中的复现结果,以及蛋白质设计竞赛中计算结果与湿实验验证之间是否保持一致。

来源与版权说明

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来源: Anthropic:Research(发表成果 · 网页)

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