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Supercomputer in campo per sconfiggere il coronavirus

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Una delle strategie per combattere il Covid-19 è affidata alla potenza di calcolo degli elaboratori. Con partnership pubblico-private in tutto il mondo

Sarà un supercomputer a sconfiggere il Coronavirus? Saranno le sue capacità di calcolo estreme e irraggiungibili per l’uomo a restituirci il piacere di uscire liberamente da casa, organizzare feste, tornare ad abbracciarci e a vivere liberi dalla paura del contagio da Covid-19?

Di certo i calcolatori elettronici hanno la potenzialità di aiutare la scienza a trovare la strada più veloce, affiancando gli scienziati nella loro corsa contro il tempo. Tanto che si stanno moltiplicando le iniziative, da una parte all’altra dell’emisfero, per mettere le tecnologie e gli strumenti di calcolo più avanzati al servizio di questa causa, che si tratti di trovare una cura efficace contro il virus che sta flagellando il pianeta o un vaccino che sia in grado di rinchiudere per sempre questa emergenza nell’archivio dei brutti ricordi dell’umanità.

Proprio del possibile ruolo dei supercomputer nell’individuare una cura per il Coronavirus si è parlato il 7 maggio nell’appuntamento delle Colazioni Digitali di Sorgenia, che ha visto come protagonista Sanzio Bassini, direttore del dipartimento supercalcolo di Cineca, il consorzio interuniversitario senza scopo di lucro composto dal Ministero per l’istruzione, l’università e la ricerca, da 69 università italiane, 8 centri di ricerca, due policlinici universitari e un’agenzia.

IL PROGETTO EXSCALATE4COV

Proprio Cineca è tra i protagonisti di Exscalate4CoV, il consorzio pubblico-privato finanziato dalla Commissione europea grazie al programma Horizon 2020 e guidato dalla casa farmaceutica Dompé in collaborazione con il Politecnico di Milano, per simulare il comportamento delle proteine che consentono al virus di replicarsi. Exscalate4CoV coinvolge in tutto 18 centri di ricerca in 7 Paesi Ue e si basa sul sistema di supercalcolo Exscalate (EXaSCale smArt pLatform Against paThogEns). Servirà per testare già “virtualmente” quali siano le molecole farmaceutiche più efficaci per combattere il virus e rendere più rapido il percorso che porterà alla validazione in laboratorio dei risultati.
La piattaforma Exscalate era stata utilizzata in passato per lo studio del virus Zika, ed è stata sviluppata all’interno del progetto Ue Antarex per lo studio di un sistema di supercalcolo sostenibile a supporto della ricerca farmacologica. La biblioteca chimica di Exscalate è composta da 500 miliardi di molecole che possono essere utilizzate nelle simulazioni del comportamento del virus: grazie a questa piattaforma è possibile validare in un secondo oltre tre milioni di molecole.

IL CONTRIBUTO DEI SUPERCALCOLATORI

Il contributo dei supercalcolatori, in questo caso, è quello di accorciare sensibilmente i tempi per mettere a punto i farmaci che serviranno a combattere l’epidemia e per trattare la popolazione già infetta. Il secondo step sarà invece quello di individuare le molecole che possano inibire la diffusione del virus e quindi contrastare i contagi. Soltanto per fare un esempio, per esaminare ogni proteina è necessaria una settimana di simulazione continua che impegna 16 nodi del supercomputer Cineca: per ottenere lo stesso risultato con un computer normale sarebbero stati necessari quattro mesi.

L’URGENT COMPUTING

Utilizzare i supercalcolatori come mezzi per arginare un’epidemia e trovare le cure più efficaci è uno dei campi d’applicazione tipici del cosiddetto urgent computing, ovvero la potenza di calcolo al servizio della ricerca in condizioni d’emergenza, quando c’è poco tempo a disposizione e si deve considerare una serie troppo ampia di variabili per trovare una soluzione con i metodi “tradizionali”. Se infatti i ricercatori sono già in campo per affrontare l’emergenza sanitaria, i supercalcolatori possono affiancarli con la loro capacità di effettuare milioni di miliardi di operazioni al secondo. Un impegno che ha avuto inizio dalla fine di febbraio e che prosegue senza sosta per il sequenziamento del Coronavirus grazie ai dati forniti dai ricercatori internazionali.

IL COVID-19 HIGH PERFORMANCE COMPUTING CONSORTIUM

Anche dall’altra parte dell’oceano, negli Usa, si moltiplicano gli sforzi per utilizzare le potenzialità di calcolo dei supercomputer nella lotta al coronavirus. E da questo impegno è nato il consorzio pubblico-privato “Covid-19 High Performance Computing Consortium”, promosso dall’ufficio della Casa Bianca per le politiche scientifiche e tecnologiche e dal dipartimento Usa per l’Energia.
Il lancio dell’iniziativa risale a metà marzo, e prevede di impiegare le migliori risorse disponibili per sostenere progetti di ricerca finalizzati a studiare la composizione molecolare del virus; quindi utilizzare la bioinformatica per capirne a fondo il funzionamento, e in ultimo mettere a punto le possibili strategie per curare i sintomi e bloccare il contagio. Al consorzio, oltre a una serie di centri di ricerca specializzati, hanno aderito rapidamente anche i big della tecnologia made in Usa, come Amazon Web Services (che metterà a disposizione supporto tecnico e crediti promozionali), Microsoft (che fornirà sovvenzioni ai ricercatori attraverso il suo programma Ai for Health), Ibm (che mobilita per l’occasione il proprio supercomputer Summit) e Google Cloud.

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DARIO GIL (IBM): “INDIVIDUATI I 77 COMPOSTI PIÙ PROMETTENTI CONTRO IL COVID-19”

Il consorzio, che è aperto anche alle idee provenienti dai centri di ricerca europei, è in grado di mobilitare “una quantità senza precedenti di sistemi di potenza di calcolo - afferma Dario Gil, direttore di Ibm Research - con più di 330 petaflop, 775.000 core di CPU, 34.000 GPU e altro ancora per aiutare i ricercatori di tutto il mondo a comprendere meglio COVID-19, i suoi trattamenti e le sue potenziali cure”.

“Come potente esempio del potenziale del supercalcolo - conclude Gil - Ibm Summit ha già permesso ai ricercatori dell'Oak Ridge National Laboratory e dell'Università del Tennessee di esaminare 8.000 composti per trovare quelli che più probabilmente si legheranno alla principale proteina ‘spike' del coronavirus, rendendola incapace di infettare le cellule ospiti. Sono stati in grado di raccomandare i 77 promettenti composti farmacologici di piccole molecole che ora potrebbero essere testati sperimentalmente. Questo è il potere di accelerare la ricerca attraverso il calcolo".