冷冻电镜，全称冷冻电子显微镜技术（Cryo-Electron Microscopy），是应用冷冻固定技术，低温下使用透射电子显微镜观察样品的显微技术，可实现直接观察液体、半液体及对电子束敏感的样品，如生物、高分子材料等。冷冻电镜的出现，不仅解决了生物分子结构解析中的许多难题，还改变了许多生物领域的研究方式，在细胞生物学、医学、遗传学等大部分领域都有广阔的应用前景。

冷冻电镜流程介绍

样品冷冻：样品溶液迅速冷却，以至于水分子来不及结晶，从而形成对样品结构几乎没有破坏的非结晶固体。
冷冻成像：根据颗粒浓度、分布和取向来筛选样品，然后获取一系列图像，并通过计算提取二维投影图像。
三维重构：数据经过重构软件的处理，生成准确、详细的亚细胞和分子级复杂生物结构3D模型。

三维重构的基本原理和基本步骤如下：

基本原理：
对相同生物大分子的某方向进行投影，再进行调整，叠加平均，提高信噪比，使共同部分的结构信息得到加强，最后对各种不同方向的投影在三维空间中进行重构，从而获得其三维结构信息。
基本步骤：
(一) 玻璃态样品的准备。
(二) 粒子的采集：选择颗粒平均分布的样品区，进行定位和拍照。
(三) 粒子参量的确定与分类：不同粒子之间的空间关系的确立；粒子分类不仅将大量的原始资料压缩成若干类，而且在分类的过程中经过平均消除了噪声。
(四) 3D重构：对大量优质的二位图像进行三维重构。
(五) 粒子参量的优化：初始重构的投影来优化粒子参量，新计算出来的重构图像又被用于下一轮的优化。如此反复，直到模型投影和原初的图像重合。
(六) 提高分辨率：图像的傅立叶转换须经过CTF(contrast transfer fuction)调整，为了得到高分辨率的重构图像，不仅相位要调到预定的分辨率区域，幅度也需要调整。
(七) 分辨率评估和结构解析，评估重构图像的有效分辨率。

冷冻电镜三维重构面临严重的科学问题，为解决这些问题，许多软件应运而生。
- 冷冻电镜三维重构需采集大量图像数据，颗粒图像信噪比极低，成像样品不均一，颗粒图像识别软件Picker可以快速、准确进行蛋白颗粒的挑选。
- 冷冻电镜三维重构计算时间极其漫长，重构并行软件EMAN2可以对三维重构结果精度优化，从而获得高性能计算。
- 在冷冻电镜中，能够捕捉到大量高分辨率的图像，利用RELION这一由GPU加速的开源软件程序可以来处理并重建3D图像。

硬件配置推荐

GPU助力冷冻电镜技术探究内在世界
对冷冻电镜三维重构技术，受益于GPU 的计算能力，得以在短时间内展开了新的思路。依赖于GPU来加速图形处理、进而重建高分子结构，通过 GPU 并行加速，实现蛋白颗粒的分组，结构重构以及结果优化。 冷冻电镜技术，在分子运动过程中将其冷冻，在原子分辨率水平下对其进行描绘，以查看前所未有的生物过程。这让我们对生命中涉及的化学问题也有了更深的理解，对于新药开发也具有关键性意义。 冷冻电镜可以帮助更好地理解疾病，甚至找出人体生物钟相关的蛋白质结构。利用这一技术来探索引起抗生素耐药性的蛋白质架构，并生成与阿尔茨海默病相关酶的3D结构，这些研究成果为人类生物医学的发展做出了重大的贡献。

GPU加速运算指以图形处理单元(GPU)搭配CPU，藉以加速科学、工程和企业应用。
GPU加速运算提供前所未见的应用效能，能将应用程式中运算密集的工作负载转移到GPU，并由CPU执行其他程式码，从而加快应用程式的执行速度。

冷冻电镜集群典型配置

4U机架式
- 处理器：2 x 英特尔® 至强® Scalable系列处理器
- 硬盘：24 x 2.5“/24 x3.5”热插拔硬盘
- GPU：支持 8 片GPU卡片

- 2U机架式
- 处理器：2 x Intel® Xeon® Scalable 系列处理器
硬盘：
- 前置8 x  x 2.5”HDD硬盘位
- 内置2 x M.2 SSD硬盘位
- GPU：支持 8 片GPU卡片