IBM Summit全球最強超級計算機正被用於對抗新冠病毒

2020-12-05 砍柴網

IBM技術和NVIDIA技術共同助力識別可引導研究人員開發出有效治療方案的化合物

數十年來，技術一直是科學進步的核心所在。就在16年前，IBM 的 Blue Gene 超級計算機作為首個突破千萬億次級計算的超級計算機閃亮登場，並在人類基因組測序中持續發揮關鍵作用。該突破為新藥和新療法的研發打開了大門，並且，Blue Gene 通過持續模擬人類大腦皮層的約1%，大約包含 16億個神經元和大約 9萬億個突觸連接，使人們對人腦這一有史以來最複雜的計算機有了更深入的了解。

但是，在面對某些問題時，我們往往需要作出更即時的響應。正因如此，美國能源部宣布在對抗 COVID-19 傳染病的戰役中引入一個強大的新助手 — IBM 推出的 Summit 超級計算機。據美國疾病控制與預防中心(CDC)最新摘要所述，COVID-19 傳染病已經蔓延至 84 個國家以及除南極洲以外的每一個大洲。

病毒對細胞的感染方式為：首先與細胞結合，然後通過「刺突(spike)」將自身遺傳物質注入宿主細胞。在試圖了解諸如病毒之類的新型生物化合物時，實驗室的研究人員往往會培養微生物、並觀察微生物在現實中如何對新引入的新型化合物作出反應。但是，如果不藉助計算機數字模擬縮小潛在變量範圍，該過程可能會特別漫長。即使是使用了計算機數字模擬，某些挑戰依然存在，比如，計算機模擬可以檢查不同的變量如何對不同的病毒作出反應，但是當這些變量中的每一個單個變量都包含數百萬乃至數十億個獨一無二的數據段、從而需要運行多次模擬時，標準硬體就難以承載這樣巨大的工作量，從而變成一個極度耗時的時間密集型過程。

而使用Summit之後，研究人員僅在數日之內便能夠模擬8,000種化合物，通過將這些化合物與病毒刺突結合、對可能影響感染過程的因素進行建模，已能識別出77種小分子化合物，例如藥物和天然化合物。這些小分子化合物經證明有可能削弱COVID-19與宿主細胞對接並感染宿主細胞的能力。

「我們需要通過Summit來迅速獲得我們所需的模擬結果，這會花費我們一兩天的時間。然而，使用普通計算機則可能花費數月時間，」兼具多重身份(田納西大學理事會主席、田納西大學/美國橡樹嶺國家實驗室分子生物物理學中心主任以及該項研究的主要研究人員)的Jeremy Smith說，「得出模擬結果並不意味著我們已經找到治療COVID-19的方法。但是，我們非常希望我們的計算結果能夠為將來的研究提供參考，並為實驗人員提供一個框架，用於進一步研究該等化合物。只有到那時，我們才能知曉該等化合物是否真正具有減輕 COVID-19 所需的特性。」

Summit為研究人員帶來了海量數據處理能力。它由 4,608 個IBM Power Systems AC922 伺服器節點組成，而每個節點又配備兩個IBM POWER9 CPU 和六個NVIDIA Tensorcore V100 GPU。在該等配置支持下，Summit的峰值性能達到每秒 20 萬兆次浮點運算，在功能上甚至比一百萬臺高端筆記本電腦還要強大。自2018年作為世界上功能最強大的超級計算機首次亮相以來，Summit不斷地通過支持開創性研究來鞏固自己的頭銜，該等研究包括：了解宇宙起源、了解鴉片類藥物危機以及探索人類成功登陸火星的方式。Summit及勞倫斯利物莫國家實驗室的同類型超級計算機 Sierra由IBM 在同一時間交付，此舉堪稱無與倫比。這映證了IBM員工和我們的合作夥伴在提供開創性技術以增進人類福祉方面付出的心血和汗水。我們深切期盼Summit在此次最新的疫情對抗中能繼續發揮應有的力量。

經計算，圖中以灰色標示的化合物可與以藍綠色標示的刺突蛋白 SARS-CoV-2 結合，從而阻止該蛋白與以紫色標示的受體—人血管緊張素轉換酶 2(或稱 ACE 2)進行對接。(圖片資料來源：Micholas Smith/美國橡樹嶺國家實驗室，美國能源部)(文章作者：IBM認知系統事業部技術計算副總裁 Dave Turek)

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