Supercomputing per la pandemia: la comunità scientifica affronta il COVID-19 da diverse prospettive

Grazie a questi supercomputer, gli esperti stanno fornendo risposte alle domande più difficili sul Coronavirus ai ricercatori farmaceutici e ai responsabili politici.

Esplorate le ragioni, le modalità e le ipotesi in merito al COVID-19 con le potenti tecnologie Intel®.

Fin dall'inizio, i supercomputer hanno affrontato le sfide di elaborazione più grandi, complesse e a maggiore uso intensivo di dati, confermando le teorie di Einstein sulle onde gravitazionali e prevedendo l'impatto dei cambiamenti climatici.

Adesso gli scienziati e i responsabili politici stanno ricorrendo a questi sistemi di High Performance Computing (HPC) al fine di fornire alcune tra le risposte più urgenti in merito al COVID-19 e al nuovo ceppo di coronavirus che ne è la causa.

"Il COVID-19 sta arrivando da ogni direzione," afferma Tim Cockerill, Direttore per i servizi all'utente presso il Texas Advanced Computer Center (TACC) dell'Università del Texas. "I sistemi HPC stanno sostenendo una mole di ricerca straordinariamente ampia al fine di aiutarci a comprendere il virus e fornirci i mezzi per una risposta. L'HPC rappresenta una parte cruciale nella ricerca sul coronavirus".

I modelli di proteine del coronavirus possono contribuire all'individuazione degli obiettivi per i nuovi trattamenti farmacologici del nuovo COVID-19. Per questa immagine si ringrazia: Lorenzo Casalino, Zied Gaieb, Abigail Dommer, Rommie Amaro. Università della California di San Diego.

Il che significa che alla base di tutto, dietro agli eroi sanitari che forniscono le cure fondamentali, agli scienziati di laboratorio alla ricerca di cure e ai pianificatori che cercano di prevenire nuovi focolai, esistono migliaia di scienziati e ricercatori computazionali provenienti da tutto il mondo che si sono arruolati nella lotta al COVID-19. Utilizzano i supercomputer più potenti al mondo con processori Intel® al fine di studiare il virus da ogni prospettiva immaginabile, sia su scala ridotta che su ampia scala.

Il COVID-19 sta arrivando da ogni direzione. I sistemi HPC stanno sostenendo una mole di ricerca straordinariamente ampia al fine di aiutarci a comprendere il virus e fornirci i mezzi per una risposta.

Tim Cockerill, Direttore dei servizi all'utente presso il Texas Advanced Computer Center

Approfondimenti a livello di atomo

A livello molecolare, i team di ricerca stanno costruendo modelli digitali dettagliati del nuovo coronavirus e adottando simulazioni basate sulla fisica al fine di esplorarne il comportamento e di comprendere quali aspetti della sua struttura molecolare offrono potenziali obiettivi per vaccini e trattamenti.

Un team dell'Università della California di San Diego (UCSD) sta costruendo un modello completo della struttura esterna del virus, la parte che cerchiamo di neutralizzare quando ci laviamo le mani per 20 secondi. Essi stanno inoltre pianificando la simulazione delle interazioni da atomo ad atomo dei 200 milioni di atomi che costituiscono la struttura esterna.

I ricercatori stanno simulando 300.000 leganti all'ora su Frontera. Per questa immagine si ringrazia: Argonne National Laboratory.

Il team UCSD gestisce i suoi codici sul supercomputer accademico più potente al mondo1, che si trova al TACC e dispone di 8008 nodi, ciascuno dotato della stessa potenza che avrebbero diversi computer combinati.

Una collaborazione gestita dall'Argonne National Laboratory del Department of Energy sta utilizzando le tecnologie Intel® per esaminare milioni di piccole molecole, cercando gli obiettivi più promettenti per la prevenzione o il trattamento del COVID-19.

Entrambi i team condividono i loro risultati con sviluppatori farmaceutici e altri scienziati per ulteriori esplorazioni.

Le fondamenta per le strategie basate sulle scienze

A livello macro, scienziati e analisti politici desiderano capire meglio come si sta diffondendo il COVID-19 e quali strategie di contenimento sono in grado di ridurre al meglio la trasmissione delle malattie e le perturbazioni economiche. Le simulazioni epidemiologiche forniscono loro dei dati per lo sviluppo di risposte basate sulla scienza a queste domande.

In uno dei più importanti studi epidemiologici correlati al COVID-19, un team di 80 persone del Biocomplexity Institute dell'Università della Virginia, congiuntamente ad alcune istituzioni partner, ha realizzato un "gemello digitale" che funge da modello per l'intera popolazione degli Stati Uniti. Essi utilizzano questo modello per simulare il modo in cui gli Stati Uniti risponderebbero a possibili azioni legate alla pandemia, al fine di ottenere risposte alle domande relative alle ipotesi più urgenti. Il modello è adottato ogni sera al Pittsburgh Supercomputing Center e i risultati sono condivisi con le agenzie federali e statali.

Collaborazione per accelerare i progressi

I supercomputer sono così importanti per la questione del COVID-19 che i leader di governo, del settore e accademici si sono riuniti al fine di assicurarsi che le iniziative di ricerca strategiche possano accedere alle risorse e alle competenze necessarie. Intel supporta i ricercatori in qualità di membro del COVID-19 HPC Consortium (Consorzio HPC contro il COVID-19), una collaborazione tra i settori pubblico e privato avviata dall'Office of Science and Technology Policy (Ufficio per la politica scientifica e tecnologica) della Casa Bianca volta a fornire accesso alle risorse HPC. Tramite le nostre collaborazioni in corso con i centri HPC, i team di ricerca e la community open source, contribuiamo a ottimizzare le prestazioni per strumenti e applicazioni fondamentali per consentire progressi più rapidi.

I centri HPC stanno liberando tempo di calcolo sui loro supercomputer per i progetti correlati al COVID. Tra l'altro, il Leibniz Supercomputing Centre in Germania e l'Università di Scienze e Tecnologia King Abdullah in Arabia Saudita hanno invitato i team di ricerca sul coronavirus a richiedere tempo di calcolo sulle loro piattaforme HPC con processori Intel®.

Anche le compagnie di petrolio e gas si sono fatte avanti. BP sta fornendo cicli sul suo supercomputer HPE Apollo su scala industriale. L'azienda italiana leader del petrolio e del gas Eni offre le sue risorse di supercomputing e le sue competenze di modellazione molecolare (normalmente utilizzate per la ricerca sismica) a scopo di aiuto. Eni sta collaborando con Dompé, azienda biofarmaceutica con sede a Milano e con Cineca, un consorzio di ricerca no profit, al fine di accelerare i tempi per i trattamenti COVID-19.

Lotta al COVID-19 e risposta alla prossima sfida globale

Il supercomputing è fondamentale nella lotta contro il COVID-19 e la comunità scientifica ha accettato la sfida. Approfittando delle tecnologie Intel®, gli scienziati stanno applicando la loro esperienza e passione per promuovere la comprensione a livello mondiale della malattia, delle sue cause e dei suoi impatti. I leader del settore collaborano con le agenzie e le università pubbliche al fine di sostenere le iniziative di ricerca che possono portare a cure e vaccini e fornire le fondamenta per le politiche basate sui dati.

In questo modo, essi forniscono un modello di collaborazione volto a risolvere i problemi più importanti. Essi stanno promuovendo i loro algoritmi e software in modi cruciali per comprendere il COVID-19 e possono contribuire inoltre a fornire informazioni più rapide e approfondite sulla scienza che sono alla base di altre sfide e opportunità globali.

Dotati della conoscenza e dell'esperienza necessaria, possiamo immaginare un mondo dopo la pandemia che sarà meglio preparato ad affrontare i cambiamenti climatici, a creare città intelligenti e a far fronte al prossimo virus letale all'orizzonte.

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Maggiori informazioni sui progetti di ricerca COVID-19 presso il Texas Advanced Computing Center, Argonne National Laboratory e Pittsburgh Supercomputing Center

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