為戰疫助力，半導體功不可沒

2020-09-17 讀芯術

全文共2295字，預計學習時長6分鐘


圖源：unsplash


過去的大半年裡，有一件事一直牽動著全世界的關注，那就是研發治療方案、疫苗以及疫情防控策略。一開始或許沒有人想到，科技界能在這場抗疫戰中發揮這麼大的作用。


在一線工作人員和基層工作者埋頭苦幹的時候，研究人員和科學家們開始把目光轉向人工智慧尋求答案。在短短幾個月內，新興科技就被鋪展開來實現最大程度的利用，極大地提高了計算能力，大幅增加了對高性能計算（HPC）的訪問，總體上將研究速度拉升了幾個數量級。


人工智慧和高性能計算不僅被用於評估和開發治療方案，還被用於研發候選疫苗，管控疫情封鎖的實施和解除，獲取和分析數位化病案，甚至被用於研發更優質的口罩。


在抗擊新冠疫情的過程中，三星的半導體技術起到了重要作用。三星的技術推動了許多最前沿的項目快速發展，加速了人工智慧平臺的搭建，幫助科學家以一種不可思議的速度推進研究並取得突破，這種速度在幾年前是很難想像的。


其中一個突出實踐案例就是新冠肺炎高性能計算聯盟。該聯盟是由IBM公司、美國白宮科技政策辦公室和能源部牽頭髮起的一項公私合作計劃，旨在為研究和抗擊新冠肺炎的團隊提供免費的高性能計算資源。


通過匯集民營企業、國家實驗室、高等學府等機構的超算資源，聯盟創建了一個不斷擴展的高性能計算系統，這個系統已經匯集了420萬+個核心處理器（CPU core），43000+個圖形處理器（GPU），以及600TB三星最新的HBM2高帶寬內存，所能提供的算力總和達到了每秒430千兆次。


藉助這種強大的計算能力，研究人員不必再等上幾周甚至幾個月，僅需幾天乃至幾個小時就可以得出新冠肺炎研究的結果。


圖源：新冠肺炎高性能計算聯盟


哥倫比亞大學的艾倫戴蒙德愛滋病研究中心（ADARC）就是利用該聯盟的高性能計算系統進行的眾多項目之一。ADARC正在對康復期新冠肺炎患者捐獻的血液中的中和抗體進行研究，以開發SARS-CoV-2中和抗體，這種抗體可以被用於諸如單克隆抗體治療或者被動免疫等治療方案中。


東北大學瑞恩·王帶領的團隊也是一支利用高性能計算系統進行研究活動的科研團隊。王的團隊通過複雜的模擬試驗，研究人際接觸與自願的接觸追蹤如何對新冠肺炎的傳播產生影響。他們的研究可能提供了很重要的信息，有助於了解如何最有效地實施接觸追蹤來控制病毒傳播。


圖源：《柳葉刀》


另一個利用三星技術的前沿人工智慧系統是英偉達（Nvidia）配備HBM2的DGX A100。這個系統配備了320GB的三星新型2.4Gbps HBM2，將一個5-petaflop數據中心的功能整合到一個平臺上。2020年5月，初代DGX A100在美國阿貢國家實驗室正式投入使用，主要用於新冠肺炎的相關研究。


除此之外，Nvidia還有其它採用了三星科技的圖形處理器，英國牛津納米孔科技有限公司藉助這些處理器，幫助科研人員在短短7個小時內實現對整個病毒基因組的測序；Plotly用它們來分析實時感染率；而美國國立衛生研究院用它們實現對新冠肺炎的分類和對病毒突刺蛋白結構的重建。


圖源：bioRxiv


在橡樹嶺國家實驗室，配置三星HBM2的Nvidia V100圖形處理器每天要負責分析十億種潛在的藥物組合物。截至三月初，橡樹嶺已經識別出77種小分子藥物組合物，這些組合物也許能與病毒的突刺蛋白結合併抑制其進入宿主細胞。


與此同時，勞倫斯利弗莫爾國家實驗室（LLNL）正在利用AMD M150圖形處理器，對其「Corona」超級計算機進行升級，這臺計算機也配備了三星HBM2。此次升級可以將這臺超級計算機的峰值計算能力提升近乎一倍，也將服務於支撐新冠肺炎研究的分子建模，從而可能為治療方案催生出新的抗體和小分子產品。


三星技術在新冠病毒研究上大展拳腳，而其實半導體技術的影響力已經不僅僅局限於實驗室內。例如，為了實現患者與一線醫護人員的遠程溝通，疫情期間高帶寬視頻流的需求大幅增加，三星藉助伺服器DRAM解決方案，為每臺伺服器提供了更大的帶寬和更高的儲存密度，以滿足疫情對高帶寬視頻流的需求。


抗疫是一場持久戰，對醫學界和科研界都提出了極大的挑戰。三星以及整個半導體行業，通過迅速推出新一代先進科技，為護理人員和科研人員提供支持，很好地應對了此次挑戰。


目前，疫情仍在蔓延，我們不能放鬆警惕。很明顯，未來此類事件再次發生的風險很高，在10年、20年、30年或者更長一段時間內，歷史很可能重演。科技行業必須繼續突破界限，加快前行的腳步。這樣，當歷史重現時，我們才能有更充足的準備。


在未來，人工智慧不僅可以幫助預測流行病，還能夠幫忙阻卻病毒流行，並且當流行病再次爆發，廣譜蛋白酶抑制劑和其它小分子藥物已能先行一步；也可能到那時，可以抵抗冠狀病毒、伊波拉病毒和流行性感冒病毒的通用疫苗已經可以隨時滿足需要，在疫情爆發的第一時間就能應用於臨床。


隨著半導體技術進一步發展，這些設想都有可能成為現實。科技行業必將成為構建一個準備更充分、應變力更強的世界的中堅力量。


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