对战新冠病毒 超级计算机上场

对战新冠病毒 超级计算机上场

  日前,隶属于美国能源部的橡树岭国家实验室称,其研究团队正在用全球最快的超级计算机对战新冠病毒。

  据介绍,该实验室研究人员利用IBM Summit(顶点)超级计算机,对8000多种化合物进行模拟,并筛选出77种小分子药物化合物。这些化合物可能值得在抗击新冠病毒的斗争中进一步研究。

  Summit号称目前全世界最强大、最聪明的超级计算机。科技日报记者从IBM中国公司了解到,Summit超级计算机的峰值性能达到每秒20亿亿次浮点运算,在功能上比一百万台高端笔记本电脑还要强大。

  计算机模拟可缩小潜在变量范围

  之前的研究发现,2019新型冠状病毒感染人体细胞的关键在于,病毒表面的刺突蛋白与人体ACE2 蛋白结合。

  据介绍,美国研究人员在Summit超级计算机上对8000多种化合物进行了模拟,以筛选那些最有可能与冠状病毒刺突蛋白结合的化合物,从而使冠状病毒无法感染宿主细胞。

  随后,他们把可能对病毒实验研究有价值的化合物进行了排序。其研究结果已发布在化学领域预印论文系统ChemRxiv上。

  “在试图了解诸如病毒之类的新型生物化合物时,实验室的研究人员往往会培养微生物,并观察微生物在现实中如何对新引入的新型化合物作出反应。”IBM认知系统事业部技术计算副总裁戴夫·图雷克表示,如果不借助计算机数字模拟缩小潜在变量范围,该过程可能会特别漫长。

  除了缩小潜在变量范围,计算机模拟还可以充当更多角色。

  “在不了解病毒分子结构时,计算机模拟可以获得病毒分子结构;在已知病毒分子结构的情况下,计算机模拟可以探究分子的关键位点,为后续病毒抑制药物筛选打好基础。”北科院北京市计算中心副研究员裴智勇接受科技日报记者采访时说。

  对于计算机模拟生物反应的一般过程,裴智勇告诉记者,首先要确定研究对象,比如要研究哪两个或哪几个分子。然后,通过文献报道或其他方法确定分子的作用位点,并按照一定规则构建模型,提交计算机进行模拟。最后,分析计算结果。

  研究时间由数月缩至一两天

  但是,即使使用计算机数字模拟,依然会存在很多挑战。这时候,超级计算机就派上用场了。

  图雷克介绍,计算机模拟可以检查不同变量如何对不同病毒作出反应。但是,当这些变量中的每单个变量都包含数百万乃至数十亿个独一无二的数据段,需要运行多次模拟时,标准硬件就难以承载这样巨大的工作量,从而变成一个极度耗时的时间密集型过程。

  “由于计算机模拟涉及每一个原子与其他原子的相互作用,计算量相当大。再加上病毒分子本身相对较大,所以对于病毒分子的模拟需要用超级计算机来实现相关的计算,普通计算机难以实现对病毒的模拟计算。”裴智勇说。

  裴智勇告诉科技日报记者,除此之外,利用超级计算机还可以模拟更大体系的研究,比如病毒与宿主细胞等体系的研究。

  就美国橡树岭国家实验室的这项研究而言,裴智勇认为,通过计算机模拟8000多种化合物,计算量确实挺大的。

  Summit超级计算机轻松解决了计算量大和极度耗时的问题。记者从IBM中国公司了解到,Summit由IBM精心打造,是一种专为数据和人工智能而设计的新型超级计算机,可以为研究人员带来海量数据处理能力。

  美国橡树岭国家实验室分子生物物理学中心主任杰瑞米·史密斯是研究人员之一,他以自己的真实体验形容了Summit发挥的作用。

  “我们需要通过Summit来迅速获得我们所需的模拟结果,这会花费我们一两天的时间。然而,使用普通计算机则可能花费数月时间。”史密斯说,使用Summit这样的超级计算机对于快速获得结果很重要。

  史密斯表示,得出模拟结果并不意味着已经找到治疗新冠肺炎的方法。但是,他们非常希望计算结果能够为将来的研究提供参考,并为实验人员提供一个框架,用于进一步研究这些化合物。(记者 刘园园)

(责编:杨僧宇、吕骞)

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