Supercalculer la pandémie : La communauté scientifique s'attaque au COVID-19 en utilisant plusieurs approches

Derrière ces supercalculateurs, des experts aident les chercheurs de l'industrie pharmaceutique et les responsables politiques à répondre aux questions les plus coriaces sur le coronavirus.

Points essentiels à retenir

  • Les supercalculateurs équipés de la technologie Intel® soutiennent des recherches vitales sur la maladie du COVID-19 et le nouveau coronavirus qui en est responsable.

  • Les chercheurs explorent tout, de la structure atomique du virus à un « jumeau numérique » représentant toute la population des États-Unis.

  • Le travail d'Intel dans les centres de supercalculateurs et avec les scientifiques contribue à optimiser les performances des applications et à réduire les temps de réponse.

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Explorer les raisons, les manières et les hypothèses liées au COVID-19 à l'aide de puissantes technologies Intel®.

Depuis leur création, les supercalculateurs se sont attaqués aux problèmes informatiques les plus gros, les plus complexes et les plus gourmands en données.

Maintenant, les scientifiques et les responsables politiques font appel à ces systèmes de calcul intensif (HPC) pour répondre à certaines de leurs questions les plus pressantes concernant le COVID-19 et la souche du nouveau coronavirus qui en est responsable.

« Le COVID-19 nous arrive de toutes les directions », déclare Tim Cockerill, directeur des services aux utilisateurs du Texas Advanced Computer Center (TACC) de l'Université du Texas. « Les systèmes HPC soutiennent un éventail extraordinairement étendu de recherches qui nous aident à comprendre le virus et à y riposter. Les capacités HPC représentent une partie essentielle de la recherche sur le coronavirus. »

Les modèles de protéines du coronavirus peuvent contribuer à identifier les cibles de nouveaux traitements médicamenteux contre le COVID-19. Crédits des illustrations : Lorenzo Casalino, Zied Gaieb, Abigail Dommer, Rommie Amaro. UC San Diego.

Cela signifie que derrière tout cela, derrière les héros du personnel médical qui fournissent des soins critiques, les scientifiques de laboratoire qui recherchent des thérapeutiques curatives et les planificateurs qui tentent de prévoir les nouveaux foyers d'infection, se trouvent des milliers d'informaticiens et de chercheurs du monde entier qui se sont impliqués dans la lutte contre COVID-19. Ils utilisent les supercalculateurs les plus puissants du monde, dont beaucoup s'appuient sur des processeurs Intel®, pour étudier le virus sous tous les angles imaginables, à des échelles s'étendant du minuscule au gigantesque.

Le COVID-19 nous arrive de toutes les directions. Les systèmes HPC soutiennent un éventail extraordinairement étendu de recherches qui nous aident à comprendre le virus et à y riposter.

Tim Cockerill, directeur des services aux utilisateurs, Texas Advanced Computer Center

Renseignements à l'échelle atomique

Au niveau moléculaire, les équipes de recherche créent des modèles numériques détaillés du nouveau coronavirus et exécutent des simulations s'appuyant sur la physique pour découvrir comment il fonctionne et quels aspects de sa structure moléculaire présentent des cibles potentielles pour les vaccins et les traitements.

Une de ces équipes, de l'Université de Californie à San Diego (UCSD), crée un modèle complet de la coquille externe du virus, la partie que nous cherchons à dissoudre lorsque nous nous lavons les mains pendant 20 secondes. Elle prévoit également de simuler les interactions individuelles se produisant entre les 200 millions d'atomes qui composent la coquille.

Les chercheurs simulent actuellement 300 000 ligands par heure sur Frontera. Crédit de l'illustration : Argonne National Laboratory.

L'équipe de l'UCSD exécute ses codes sur le supercalculateur universitaire le plus puissant du monde1, qui se trouve au TACC et qui possède 8 008 nœuds, chacun d'eux étant aussi puissant que plusieurs ordinateurs de bureau combinés.

Une collaboration menée par l'Argonne National Laboratory du ministère de l'Énergie des États-Unis utilise des technologies Intel® pour scruter des millions de petites molécules, en recherchant les cibles les plus prometteuses permettant à de nouveaux médicaments de prévenir ou de traiter le COVID-19.

Les deux équipes communiquent leurs résultats à des laboratoires pharmaceutiques et à d'autres scientifiques pour qu'ils les étudient davantage.

Une fondation pour les stratégies scientifiques

À l'échelle macroscopique, les scientifiques et les analystes politiques cherchent à mieux comprendre comment COVID-19 se propage et quelles stratégies de confinement peuvent réduire le plus efficacement la transmission de la maladie et les perturbations économiques. Les simulations épidémiologiques leur fournissent des données permettant de répondre scientifiquement à ces questions.

Dans une des plus grandes études épidémiologiques liées au COVID-19, une équipe, composée de 80 personnes de l'Institut de biocomplexité de l'Université de Virginie et d'institutions partenaires, a créé un « jumeau numérique » détaillé qui modélise toute la population des États-Unis. Elle utilise ce modèle pour simuler comment les États-Unis répondraient à d'éventuelles mesures liées à la pandémie, afin d'éclairer les réponses aux questions les plus pressantes que posent les hypothèses. Le modèle est exécuté chaque nuit au Pittsburgh Supercomputing Center et les résultats sont communiqués aux organismes fédéraux et étatiques.

Collaborer à accélérer les progrès

Les supercalculateurs sont si essentiels à la lutte contre COVID-19 que les responsables du gouvernement, de l'industrie et des universités se sont regroupés afin d'assurer que les initiatives de recherche stratégiques peuvent accéder aux ressources et à l'expertise nécessaires. Intel soutient les chercheurs en tant que membre du COVID-19 HPC Consortium, une collaboration entre le secteur public et le secteur privé lancée par l'Office of Science and Technology Policy de la Maison blanche afin d'assurer l'accès aux ressources HPC. Grâce aux partenariats que nous entretenons en permanence avec les centres HPC, les équipes de recherche et la communauté Open Source, nous contribuons à optimiser les performances des outils et des applications essentiels afin d'accélérer le progrès des recherches.

Les centres HPC libèrent du temps de traitement sur leurs supercalculateurs pour les projets liés au COVID. Entre autres, le Leibniz Supercomputing Centre d'Allemagne et la King Abdullah University of Science and Technology d'Arabie saoudite ont invité des équipes de recherche liées au coronavirus à demander du temps sur leurs plateformes HPC équipées de processeurs Intel®.

Des sociétés pétrolières et gazières sont également montées au créneau. BP fournit des cycles de traitement sur son supercalculateur HPE Apollo de classe industrielle. Le leader italien du pétrole et du gaz Eni offre ses ressources HPC et ses capacités de modélisation moléculaire (normalement utilisées dans la recherche sismique). Eni collabore avec Dompé, une société biopharmaceutique dont le siège est à Milan, et avec Cineca, un consortium de recherche à but non lucratif, afin d'accélérer la découverte de traitements contre COVID-19.

La lutte contre COVID-19 – et relever le prochain défi mondial

Les supercalculateurs sont essentiels dans la lutte contre COVID-19 et la communauté scientifique s'est montrée à la hauteur de la situation. En tirant parti des technologies Intel®, les scientifiques utilisent leur expertise et leur passion pour aider le monde entier à comprendre la maladie, ses causes et ses retombées. Les dirigeants de l'industrie collaborent avec des organismes gouvernementaux et des universités pour soutenir des initiatives de recherche pouvant mener à des thérapies et à des vaccins et fournir des éléments de base permettant d'élaborer des politiques s'appuyant sur des données.

Ce faisant, ils fournissent un modèle montrant comment collaborer pour résoudre les plus grands problèmes. Ils améliorent leurs algorithmes et leurs logiciels d'une manière cruciale pour comprendre COVID-19 et peuvent également contribuer à extraire plus rapidement des renseignements plus approfondis sur la science que recouvrent d'autres problèmes et possibilités à l'échelle mondiale.

Forts de ces connaissances et de cette expérience, nous pouvons imaginer un monde post-pandémique qui sera mieux préparé à s'attaquer au changement climatique, à créer des villes intelligentes et à affronter le prochain virus mortel qui apparaît.

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Apprenez-en plus sur les projets de recherche sur le COVID-19 du Texas Advanced Computing Center, de l'Argonne National Laboratory et du Pittsburgh Supercomputing Center

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