Відмінності між версіями «Суперкомп'ютер проти СНІД»

Поточна версія на 16:48, 26 грудня 2018

В цьому році дослідники з Університету Единбурга і наукового центру IBM імені Т. Дж. Уотсона оголосили про запуск спільного п'ятирічного проекту, мета якого - прискорити розробку ліків, що перешкоджають поширенню вірусу імунодефіциту людини (ВІЛ). Поряд з проведенням лабораторних експериментів проект передбачає застосування суперкомп'ютера для моделювання процесів на клітинному рівні. У проекті будуть використані потужні обчислювальні технології, зокрема, суперкомп'ютер IBM Blue Gene, в поєднанні з новою експериментальною методикою. Основні зусилля будуть сконцентровані на дослідженні власне процесу інфікування шляхом розробки інгібіторів (сповільнювачів хімічних реакцій і біологічних процесів) для тієї частини вірусу імунодефіциту людини, який відповідає за впровадження генетичного матеріалу ВІЛ у людську клітину. Новий аспект співпраці вчених полягає в спробі розробити серію різних інгібіторів для одночасного застосування і з їх допомогою запобігти можливості мутації «хитрого» вірусу у відповідь на лікарську терапію з використанням одиночних інгібіторів. Університет Единбурга знаходиться на передньому краї використання технологій високопродуктивних обчислень, надаючи можливості вирішення широкого спектра завдань на суперкомп'ютері багатьом університетам в Європі. У 2004 р університет розгорнув перший в Європі суперкомп'ютер серії IBM Blue Gene для допомоги британським вченим в проведенні найрізноманітніших наукових досліджень, які потребують виконання ресурсоємних обчислень. Вчені відзначають, що отримані перші результати дуже обнадійливі. Вони підтверджують, що за допомогою моделювання процесів на комп'ютері можна дізнатися, які молекули інгібіторів здатні зупинити вірус ВІЛ і запобігти зараженню людей. Ці дані можуть потім використовуватися фармацевтичними компаніями для швидкої розробки відповідних ліків. Це принципово новий підхід до створення ліків, в ньому використовуються складні алгоритми моделювання в поєднанні з експериментальними методиками для розробки поліпшених способів лікування, і тепер з'явилася можливість залучити величезні обчислювальні ресурси, щоб робити цю роботу швидко, ефективно і раціонально. Основні зусилля учасників проекту будуть сконцентровані на дослідженні процесу інфікування - для більш глибокого і системного розуміння того, як вірус HIV-1 атакує клітину і впроваджується в її генетичний матеріал. Вчені вивчають фрагмент поверхневого білка вірусу (пептиду), який найбільшою мірою визначає відповідну реакцію імунної системи людини на вірусну атаку. Розуміння структури і поведінки пептиду дасть можливість одночасно розробити безліч ліків комбінованого (або спільного) застосування для боротьби з інфікуванням. Спільний проект, реалізований в рамках співпраці Університету Единбурга і IBM, використовує атомистические способи моделювання та спеціальне програмне забезпечення, яке виконує на суперкомп'ютері з масовим паралелізмом IBM BlueGene / L, в комбінації з високоточними експериментальними методиками дослідження властивостей амінокислот і малих пептидів (будівельних блоків білка). Результати цих досліджень повинні зіграти ключову роль в створенні нового методу антивірусної терапії, заснованого на одночасній розробці безлічі ліків для комплексної боротьби з мутуючим вірусом. Дослідження в області онкогенеза Університет штату Алабама в Бірмінгемі придбав у корпорації IBM суперкомп'ютер Blue Gene / L, в три рази збільшивши свої обчислювальні ресурси. Новий суперкомп'ютер з продуктивністю 5,6 TFLOPS істотно розширить можливості університету в області обчислювальної біології та молекулярного моделювання. Blue Gene / L допоможе дослідникам проводити поглиблене імітаційне моделювання таких біологічних процесів, як протікання крові в артеріях і капілярах в районі новоутворень. Ця система буде використовуватися при проведенні медичних досліджень і в імітаційному моделюванні, а також для знаходження способів стримування і повної зупинки біологічної активності в тканинах людини, що призводить до новоутворень та інших захворювань, що становлять загрозу для життя. Суперкомп'ютер Blue Gene / L підтвердив свої можливості в якості самого багатообіцяючого інструменту для проведення імітаційного моделювання на рівні мікросекунд і менш. Це не перший глобальний проект по боротьбі зі СНІДом, в якому візьме участь корпорація IBM. У минулому році дослідницька лабораторія IBM в Хайфі у співпраці з групою європейських партнерів розробила інтегровану систему лікування СНІД під назвою EUResist. Завдяки інтеграції баз даних і сучасних засобів аналізу даних система EUResist може прогнозувати реакцію генетичних модифікацій ВІЛ на певну антивірусну терапію. Можливості EUResist, таким чином, дозволять лікарям вибирати найбільш ефективні ліки і їх комбінації і оптимізувати методи лікування.

Архітектура суперкомп'ютера

Кожен чип Blue Gene/P складається з чотирьох процесорних ядер PowerPC 450 з тактовою частотою 850 МГц. Чип, 2 або 4 ГБ оперативної пам'яті і мережеві інтерфейси утворюють обчислювальний вузол суперкомп'ютера. 32 обчислювальних вузла об'єднуються в карту (Compute Node card), до якої можна під'єднати від 0 до 2 вузлів вводу-виводу. Системна стійка вміщує в себе 32 таких карти. Конфігурація Blue Gene/P з піковою продуктивністю 1 петафлопс являє собою 72 системні стійки, містять 294,912 процесорних ядер, об'єднаних в високошвидкісну оптичну мережу. Конфігурація Blue Gene/P може бути розширена до 216 стійок із загальним числом процесорних ядер 884,736, щоб досягти пікову продуктивність в 3 петафлопса. У стандартній конфігурації системна стійка Blue Gene/P містить 4,096 процесорних ядер.

Опис обчислювального комплексу

• 1024 чотириядерних обчислювальних вузла в кожній з стійок
• 16 вузлів вводу-виводу в стійці (у поточній конфігурації активні 8, тобто одна I/O-карта на 128 обчислювальних вузлів)
• виділені комунікаційні мережі для міжпроцесорних обмінів та глобальних операцій
• програмування з використанням MPI, OpenMP / pthreads, POSIX I/O
• висока енергоефективність: ~ 372 MFlops / W (див. список Green500)
• система повітряного охолодження

Джерела

• Применение суперкомпьютеров
• Blue Gene