يضيف انضمامهم أربعة أجهزة كمبيوتر عملاقة أخرى إلى مجموعة أجهزة الكمبيوتر العملاقة المتاحة للباحثين من جميع أنحاء العالم
انضمت بريطانيا وسويسرا إلى كونسورتيوم تقوده شركة IBM لتسريع الأبحاث لإيجاد لقاح وعلاج لفيروس كورونا. يضيف انضمامهم أربعة أجهزة كمبيوتر عملاقة أخرى إلى مجموعة أجهزة الكمبيوتر العملاقة المتاحة للباحثين من جميع أنحاء العالم. يوجد الآن 20 جهاز كمبيوتر فائق السرعة في قاعدة البيانات، بما في ذلك جهاز الكمبيوتر الأمريكي Summit - أقوى جهاز كمبيوتر في العالم (بقدرة حاسوبية تصل إلى 200 بيتافلوب)، ولاسين - الأمريكي أيضًا والعاشر أقوى جهاز كمبيوتر في العالم، والآن أيضًا جهاز الكمبيوتر السويسري Piz Daint وهو سادس أقوى جهاز في العالم (بقدرة حاسوبية تبلغ 27.15 بيتافلوب).
هدف الكونسورتيوم الدولي هو تسخير القدرة الحاسوبية الهائلة لأجهزة الكمبيوتر العملاقة للمساعدة وتسريع اكتشاف اللقاحات أو العلاجات الدوائية لمحاربة فيروس كورونا. إن أجهزة الكمبيوتر العملاقة، التي تضم آلاف أو حتى آلاف المعالجات التي تعمل في نفس الوقت، قادرة على إجراء عمليات حسابية على نطاق واسع للغاية ومعالجة كميات هائلة من المعلومات باستخدام الذكاء الاصطناعي - وبالتالي إجراء حسابات زمنية قصيرة نسبيًا قد تستغرق سنوات أجهزة الكمبيوتر الكلاسيكية.
يضم الكونسورتيوم (https://covid19-hpc-consortium.org/) بالفعل 40 منظمة ووزارات حكومية ومؤسسات أكاديمية ومنظمة، من بينها المختبرات الوطنية التابعة لوزارة الطاقة الأمريكية، والبيت الأبيض، ووكالة ناسا، ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، ومعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. مؤسسة العلوم الوطنية وشركات أخرى مثل جوجل ومايكروسوفت وإتش بي وأمازون.
منذ منتصف مارس، قدم الكونسورتيوم 58 دراسة علمية منفصلة مع إمكانية الوصول إلى موارد الكمبيوتر العملاق، مع توقع تنفيذ المزيد من المشاريع في المستقبل القريب.
مركز المملكة المتحدة للبحث والابتكار (UKRI) هو منظمة بريطانية تعمل مع الجامعات والمنظمات البحثية والشركات والجمعيات الخيرية والحكومة لتعزيز البحث والابتكار. ستوفر UKRI للكونسورتيوم، من بين آخرين، ARCHER، وهو كمبيوتر عملاق بسعة حوسبة تبلغ 2.55 بيتافلوب موجود في جامعة إدنبرة. الشريك الآخر الذي انضم هو المركز الوطني للحواسيب الفائقة في سويسرا (CSCS) الذي سيوفر إمكانية الوصول إلى الحاسوب العملاق Piz Daint، كما ذكر سادس أقوى كمبيوتر في العالم.
إجمالي قوة الحوسبة للشركاء في الكونسورتيوم هو 500 بيتافلوب. وللمقارنة - فرونتيرا، أقوى حاسوب عملاق أكاديمي موجود في جامعة تكساس، يتمتع بقوة حاسوبية تعادل قوة 100 ألف حاسوب مكتبي.
يعمل العلماء الذين يقدمون مقترحات بحثية إلى الكونسورتيوم على ثلاثة مستويات مختلفة تتعامل مع الفيروس:
- تحليل التركيب البروتيني للفيروس باستخدام المحاكاة الجزيئية.
- استخدام التعلم الآلي لتحديد نقاط الارتباط في الفيروس أو المرشحين الجزيئيين المحتملين التي قد تؤدي إلى اكتشاف دواء يعالج المرض.
- تحديد الفئات المعرضة للخطر والتنبؤ بكيفية انتشار الفيروس، لمساعدة الأنظمة الصحية على التعامل مع الفيروس.
- ويحاول علماء ناسا، على سبيل المثال، التنبؤ بانتشار الفيروس من خلال تحديد المجموعات المعرضة للخطر. قد تساعد نماذج المخاطر المستندة إلى نتائجها في تحديد المرضى الأكثر ملاءمة للتجارب السريرية للقاحات والمضادات للفيروسات.
- يستخدم فريق من جامعة ميشيغان حاسوبًا فائقًا مزودًا بقدرات الذكاء الاصطناعي لاختبار ما إذا كان أي من الأدوية الموجودة التي يزيد عددها عن 1,600 والتي وافقت عليها إدارة الغذاء والدواء الأمريكية يمكنه التعامل مع فيروس كورونا (COVID-19). بالإضافة إلى ذلك، قاموا أيضًا باختبار أكثر من 5,000 دواء تجريبي.
يستخدم باحثو Oak Ridge Lab الكمبيوتر العملاق Summit لتقليل وقت البحث من سنوات إلى ساعات باستخدام وحدات معالجة الرسومات NVIDIA
أدا سيدوفا، باحثة الفيزياء الحيوية في المختبر الوطني الأمريكي في أوك ريدج، تعمل مع أقوى كمبيوتر خارق في العالم من المنزل، وأحيانًا مرتدية بيجامة. إنها تبحث عن جزيئات صغيرة يمكنها منع فيروس كورونا (COVID-19) الذي يصيب البشر. وقالت في قمة Nvidia الأخيرة التي عقدت عبر الإنترنت: "أكرس كل وقتي لهذا، لإنقاذ الناس".
تم إنشاء الكمبيوتر العملاق SUMMIT بواسطة شركة IBM ويتكون من 9,216 معالج IBM Power 9 و27,648 معالج رسومات من طراز NVIDA Tesla. تعتمد اتصالاته على أنظمة InfiniBand الخاصة بشركة Mellanox، والتي كما نعلم استحوذت عليها شركة Nvidia، وهي عملية شراء اكتملت في الربع الأخير فقط. وكانت جهودها مجزية بشكل خاص: ملياري اختبار للجزيئات خلال 24 ساعة فقط.
يبحث سيدوفا عن جزيء عضوي يتكون من أقل من 6 ذرات. ترتبط الربيطة الصحيحة ببروتين فيروس كورونا وتمنعه من إصابة الخلايا السليمة.
لكن العثور على المركب الصحيح بين جميع البروتينات والروابط الأخرى يشبه البحث عن إبرة في كومة قش. يمكن للخبراء قضاء سنوات في المختبرات لاختبار كل الاحتمالات. حتى البحث باستخدام Summit، الكمبيوتر العملاق الخاص بـ ORNL، سيستغرق أربع سنوات.
ولهذا السبب لجأت سيدوفا وزملاؤها إلى 27,648 معالج رسوميات من صنع شركة Nvidia والتي تتواجد في Summit لتعزيز الجهود.
وبمساعدة Nvidia، قام الباحثون بنقل الكود إلى CUDA، حتى يتمكن من العمل على Summit وبالتالي حقق تحسنًا في السرعة بمقدار 2.8 مرة. قام باحث آخر، آرون شينبرغ، بمضاعفة السرعة ثلاث مرات مرة أخرى عندما اكتشف طريقة لاستخدام OpenMP لتغذية معالجات Nvidia بالبيانات.
خفضت معالجات الرسومات مقدار الوقت اللازم لمعالجة قاعدة بيانات مكونة من 1.4 مليار رابطة بأكثر من مرتبة، كما خفضت أيضًا التباين الهائل في النتائج الذي جعل من الصعب جدولة الاختبارات على الكمبيوتر العملاق.
تصوير 2 مليار مركب خلال 24 ساعة
ويعتقد سيدوفا أنه مع المزيد من التحسينات، سيكون الفريق قادرًا على اختبار ما يصل إلى ملياري مركب خلال 24 ساعة. سيكون هذا أول تصوير بهذا الحجم وبدقة عالية.
إن سير العمل القياسي للكشف عن تفاعلات البروتين يجند بطيء جدًا ومناسب لعدة مئات من المركبات التي يتم فحصها على جهاز كمبيوتر محمول. ولكن عندما يتعلق الأمر بمئات الآلاف من الملفات، فإن مثل هذا الدفق يمكن أن يعطل حتى أكبر كمبيوتر فائق السرعة في العالم.
هذه دعوة للعمل لمطوري المصادر المفتوحة الذين يسعون جاهدين للمساعدة في تسريع البحث العلمي.
يقود فريق Sedova الجهود ويشكل مسار عمل جديدًا من شأنه أن يؤدي إلى عدد كبير من المهام لـ Summit. تتشاور Sedova مع خبراء الإدخال/الإخراج حول أفضل طريقة لإنشاء قاعدة بيانات لجميع الروابط.
ستكون الخطوة التالية هي إجراء تجربة لحوالي مليون مركب على 108 من أصل 4,608 عقدة للقمة. وتقول: "إذا نجح الأمر، فيمكننا الانتقال إلى المجموعة الكبيرة المكونة من 1.4 مليار مركب مع جميع العقد".
تقليل الأبحاث المتعلقة بالجزيئات الواعدة
إذا نجح أعضاء الفريق في المهمة، فسوف يرسلون إلى ممفيس قائمة تضم حوالي 9,000 من المركبات الأكثر نجاحًا ليتم اختبارها في المختبر التقليدي باستخدام فيروسات حقيقية. أو بعد ذلك، سيُطلب من الباحثين العثور على الإبرة ليس في كومة قش، بل بالقدر الذي يتأرجح به المذراة.
بدأ فريق سيدوفا عمله في يناير، عندما قدم جيريمي سميث، أحد الباحثين الرائدين في ORNL، أول عمل يستخدم الكمبيوتر - الكمبيوتر العملاق Summit للبحث عن أدوية لمكافحة فيروس كورونا. ولا يزال هذا العمل في بداياته.
وبالنظر إلى المستقبل، لدى سيدوفا أفكار لطرق إضافية لسد روابط البروتين والربيطة مع الطرق التقليدية في الحوسبة عالية الأداء.
תגובה אחת
ويشارك الإسرائيليون في التخطيط وقيادة الفرق في إسرائيل أيضًا
لبناء أجهزة الكمبيوتر العملاقة.
لكن لا يُسمح لنا بالوصول إليهم.
ليس للعمل في IBM