Od samego początku superkomputery były wykorzystywane do największych i najbardziej złożonych wyzwań wymagających dużej ilości danych — od potwierdzenia teorii Einsteina dotyczących fal grawitacyjnych po przewidywanie oddziaływania zmiany klimatu.
Obecnie naukowcy i rządzący wykorzystują systemy obliczeniowe o wysokiej wydajności, aby znaleźć odpowiedzi na najbardziej palące pytania na temat choroby COVID-19 i nowego koronawirusa, który ją wywołuje.
„COVID-19 atakuje nas ze wszystkich stron" — mówi Tim Cockerill, dyrektor ds. obsługi użytkowników w Texas Advanced Computer Center (TACC) na Uniwersytecie Teksańskim. „Systemy HPC wspierają niezwykle szerokie spektrum badań, aby pomóc nam zrozumieć wirusa i podjąć odpowiednie działania. Systemy HPC stanowią kluczowy element badań nad koronawirusem”.
Oznacza to, że za kulisami tych działań — za bohaterami ze służby zdrowia odpowiedzialnymi za intensywną opiekę medyczną, naukowcami laboratoryjnymi szukającymi leków oraz planistami starającymi się przewidzieć nowe ogniska choroby — stoją tysiące specjalistów z dziedziny nauk obliczeniowych i badaczy z całego świata, którzy podjęli walkę z COVID-19. Wykorzystują oni najbardziej wydajne superkomputery na świecie, z których wiele jest wyposażonych w procesory Intel®, do analizowania wirusa pod każdym możliwym kątem, w skali od niewielkiej po masową.
COVID-19 atakuje nas ze wszystkich stron. Systemy HPC wspierają niezwykle szerokie spektrum badań, aby pomóc nam zrozumieć wirusa i podjąć odpowiednie działania.
Obserwacje na poziomie atomu
Na poziomie molekularnym zespoły badawcze tworzą szczegółowe modele cyfrowe nowego koronawirusa i przeprowadzają symulacje fizyczne, aby zobaczyć jak działa i jakie aspekty jego struktury molekularnej mogą być potencjalnym celem szczepionek i leczenia.
Jeden z takich zespołów na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego (UCSD) tworzy kompletny model zewnętrznej otoczki wirusa, czyli części, którą staramy się rozpuścić, kiedy myjemy ręce przez 20 sekund. Planuje również symulacje interakcji „atom–atom” między 200 milionami atomów tworzących otoczkę.
Zespół z UCSD wykonuje kody na najwydajniejszym superkomputerze akademickim na świecie1, który znajduje się w Texas Advanced Computer Center (TACC) i liczy 8008 węzłów. Każdy z tych węzłów ma moc kilku komputerów stacjonarnych łącznie.
Do współpracy pod przewodnictwem Departamentu ds. Energii w Argonne National Laboratory wykorzystuje się technologie Intel® odpowiedzialne za analizowanie milionów małych molekuł do wyszukiwania najbardziej obiecujących celów dla nowych leków w celu leczenia choroby COVID-19 lub zapobiegania jej.
Oba zespoły udostępniają swoje wyniki podmiotom opracowującym leki oraz innym naukowcom do dalszych badań.
Fundacja na rzecz strategii opartych na nauce
Na poziomie makro naukowcy i analitycy polityczni chcą lepiej zrozumieć sposób rozprzestrzeniania się COVID-19 i poznać strategie powstrzymywania rozprzestrzeniania choroby w celu zminimalizowania jej przenoszenia i zawirowań gospodarczych. Symulacje epidemiologiczne dostarczają im danych, na podstawie których można sformułować naukowe odpowiedzi na te pytania.
W jednym z największych badań epidemiologicznych dotyczących COVID-19 80-osobowy zespół z Instytutu Biokompleksowości na Uniwersytecie Wirginii wraz z instytucjami partnerskimi zbudował „cyfrowe odwzorowanie” całej populacji Stanów Zjednoczonych. Model jest wykorzystywany do symulacji pokazujących, jak Stany Zjednoczone reagowałyby na ewentualne działania związane z pandemią oraz udzielania odpowiedzi na najbardziej palące pytania hipotetyczne. Model jest uruchamiany każdej nocy w centrum superkomputerowym w Pittsburghu, a wyniki są przekazywane agencjom federalnym i stanowym.
Współpraca na rzecz przyspieszenia postępów
Superkomputery mają tak ogromne znaczenie dla działań podejmowanych w związku z COVID-19, że rząd oraz wiodący przedstawiciele środowisk akademickich i branżowych połączyli siły, aby zapewnić dostęp do niezbędnych zasobów i wiedzy fachowej podmiotom odpowiedzialnym za strategiczne inicjatywy badawcze. Firma Intel wspiera badaczy jako członek konsorcjum COVID-19 HPC, publiczno-prywatnego partnerstwa zainicjowanego przez Urząd ds. Strategii Politycznej w dziedzinie Nauki i Technologii w Białym Domu, którego celem jest zapewnienie dostępu do zasobów HPC. Dzięki naszym aktualnym partnerstwom z centrami HPC, zespołami badawczymi oraz społecznością Open Source pomagamy zoptymalizować wydajność kluczowych narzędzi i aplikacji w celu przyspieszenia postępów.
Centra HPC udostępniają swoje superkomputery na projekty związane z COVID. Między innymi niemieckie centrum superkomputerowe Leibniz i Uniwersytet Nauki i Techniki Króla Abdullaha w Arabii Saudyjskiej zaprosiły zespoły badawcze zajmujące się koronawirusem do składania wniosków o czas na ich platformach wykorzystujących procesory Intel®.
W inicjatywę włączyły się również firmy z sektora naftowo-gazowego. BP oferuje cykle na swoim superkomputerze przemysłowym Apollo. Firma Eni, włoski lider na rynku naftowo-gazowym, udostępnia swoje zasoby superkomputerowe i umiejętności w zakresie modelowania molekularnego (zazwyczaj wykorzystywane do badań sejsmicznych). Eni współpracuje z biofarmaceutyczną firmą Dompé z siedzibą w Mediolanie oraz niekomercyjnym konsorcjum badawczym Cineca w celu przyspieszenia procedur związanych z leczeniem COVID-19.
Walka z COVID-19 i stawianie czoła kolejnemu globalnemu wyzwaniu
Systemy o dużej mocy obliczeniowej odgrywają kluczową rolę w walce z COVID-19, a społeczność naukowa podejmuje wyzwanie związane z tą chorobą. Bazując na technologiach Intel®, naukowcy wykorzystują swoją wiedzę i pasję na rzecz lepszego globalnego poznania choroby, jej przyczyn i jej oddziaływania. Liderzy z branży wspólnie z agencjami rządowymi i uniwersytetami wspierają inicjatywy badawcze wspomagające opracowywanie metod leczenia i szczepionek oraz oferujące podstawę dla strategii politycznych opartych na danych.
W ten sposób tworzą model współpracy umożliwiający rozwiązanie największych problemów. Rozwijają algorytmy i oprogramowanie według schematów, które są kluczowe dla poznania COVID-19, przez co przyczyniają się do szybszego i dogłębniejszego wykorzystania nauki w kontekście innych wyzwań i możliwości.
Z taką wiedzą i takim doświadczeniem możemy wyobrazić sobie świat po pandemii, który będzie lepiej przygotowany na wyzwania związane ze zmianą klimatu, będzie budował inteligentne miasta i będzie w stanie zmierzyć się z kolejnym zabójczym wirusem.
###
Dowiedz się więcej o projektach badawczych dotyczących COVID-19 w Texas Advanced Computing Center, Argonne National Laboratory i centrum superkomputerowym w Pittsburghu.