Как японский суперкомпьютер "Фугаку" помогает борьбе с COVID-19

ТОКИО, 1 мар — РИА Новости. На борьбу с COVID-19 были брошены не только лучшие ученые, в максимально сжатые сроки представившие сразу несколько вакцин высокой эффективности, но и мощности суперкомпьютеров в различных точках Земли. Одним из них стал "Фугаку" в центре компьютерных наук Института физико-химических исследований RIKEN в японском городе Кобе, дважды признанный самым производительным суперкомпьютером в мире в рейтинге Top500.

"Фугаку", носящий одно из названий священной для японцев горы Фудзи, был создан корпорацией Fujitsu совместно с экспертами RIKEN и способен осуществлять, по данным на ноябрь 2020 года, более 442 квадриллионов вычислений в секунду. Этот показатель примерно втрое превышает производительность системы второго в рейтинге суперкомпьютера IBM Summit из Национальной лаборатории США в Ок-Ридже. Японский рекордсмен построен на базе архитектуры ARM и состоит из почти 159 тысяч вычислительных узлов. В "Фугаку" 48 основных вычислительных ядер и четыре ядра для работы операционной системы Red Hat Enterprise Linux 8.

© Riken

Как японский суперкомпьютер "Фугаку" помогает борьбе с COVID-19

Изначально предполагалось, что суперкомпьютер введут в эксплуатацию в 2021 году, однако для ускорения исследований по предотвращению распространения коронавируса его запустили пусть и в экспериментальном режиме почти на год раньше.

«

"Спустя десять лет после запуска концепта и спустя шесть лет после официального начала проекта "Фугаку" почти завершен, и мы уже начали вычисления в тестовом режиме и получили существенные результаты. "Фугаку" был разработан для достижения высокой производительности в разных сферах, в том числе, для реализации различных инфраструктур облачных приложений, а также разрешения глобальных проблем и борьбы с COVID-19", - заявил директор центра компьютерных наук RIKEN Сатоси Мацуока.

Одной из первых задач, поставленных специалистами перед "Фугаку" после введения его в эксплуатацию, стало моделирование распространения коронавирусной инфекции не только при чихании, но и обычном разговоре. Согласно материалам RIKEN, при вычислениях была рассмотрена эффективность различных типов масок и лицевых щитков, а также особенности распространение вируса в таких местах как офисы, классные комнаты, рестораны, театры и общественный транспорт, включая такси и самолёты.

В частности, "Фугаку" представил детальную визуализацию, как "большое количество капель и аэрозолей с вирусными частицами распространяется изо рта и носа не только при чихании или кашле, но и при обычном разговоре (20 минут разговора примерно эквивалентны одному эпизоду чихания)". Таким образом специалисты постарались доказать, что "советы, которые исходят из здравого смысла", полностью соответствуют детальному компьютерному моделированию: "необходимо носить маски и проветривать помещения". Кроме этого, было доказано, что маски из полиэстера имеют более высокую эффективность по удержанию капель с вирусными частицами.

Другим крупным проектом, запущенным с использованием мощностей суперкомпьютера "Фугаку", стало выявление медикаментов с потенциально высокой эффективностью в борьбе с COVID-19. Это исследование специалисты RIKEN провели совместно с экспертами из Университета Киото под руководством профессора Ясуси Окуно. Системе задали параметры более 2,1 тысячи уже известных лекарственных препаратов, в том числе, противовирусных и противоопухолевых, после чего "Фугаку" выстроил модель воздействия каждого из них на белки, уникальные для вируса SARS-CoV-2. В результате исследований выяснилось, что около 30 препаратов имеют потенциальную эффективность в борьбе с коронавирусом. Среди них - 12 лекарств, уже проходящих клинические испытания за пределами Японии, в том числе препарат Niclosamide для лечения паразитарных инфекций.

Все вычисления заняли у суперкомпьютера "Фугаку" лишь десять дней при том, что у его предшественника - суперкомпьютера K - для завершения этих же операций ушло бы не менее года.

Несмотря на то, что суперкомпьютер "Фугаку" продолжает работать в экспериментальном режиме, область его применения не ограничивается исследованиями коронавируса лишь в медицинской сфере. Мощности суперкомпьютера также задействовали для моделирования экономического эффекта в условиях месячного локдауна Токио из-за COVID-19 при помощи анализа цепочек поставок между различными префектурами Японии. Группа ученых под руководством Хироясу Иноуэ из Университета Хёго взяли за основу расчетов агентную модель потребительского поведения и применили ее к 1,6 миллиона компаний в стране.

В итоге было установлено, что в случае жесткого локдауна Токио в течение одного месяца общие убытки в производственной сфере составят около 27 триллионов иен (255,7 миллиарда долларов) или 5,3% от годового ВВП страны, а непрямое негативное влияние на экономику других префектур будет в два раза выше прямого воздействия на экономику самого столичного региона. В частности, выяснилось, что несмотря на то, что объемы производственных мощностей в Токио составляют лишь 21% от общего объема по всей стране, спустя месяц "закрытия" японской столицы общая суточная производительность упадет на 86%.

Другим проектом, напрямую не связанным с медициной, но не менее важным для предотвращения распространения коронавируса, стала разработка концепта лицевых щитков, предназначенных для еды и питья в общественных заведения, в том числе ресторанах и барах. Исследование проводили специалисты RIKEN совместно с одной из крупнейших японских компаний-производителей алкогольной продукции Suntory Liquors Ltd и компанией Toppan Printing Co.

Новая разработка "специальных масок для еды и питья" представляет собой конструкцию, состоящую из очков и щитка на нос и рот, объединенных подвижным креплением на дужках. Техническая информация о ее устройстве размещена в свободном доступе, предполагается, что производство подобных масок возможно с помощью даже домашних 3D-принтеров.

© Toppan Printing

Как японский суперкомпьютер "Фугаку" помогает борьбе с COVID-19

«

"Мы рады представить дизайн масок, которые были бы доступны любому по всему миру. Мы надеемся, что наши разработки по борьбе с пандемией коронавируса помогут широкому кругу людей и будут способствовать восстановлению индустрии общественного питания", - уверен глава отдела информации и коммуникации компании Toppan Printing Co Макото Араи.

Интерес к использованию мощностей суперкомпьютера "Фугаку" в Японии выражают не только многочисленные компании и научные центры внутри страны, но и организации за рубежом. Так, в конце ноября прошлого года центр компьютерных наук RIKEN заключил соглашение о партнерстве с Национальным суперкомпьютерным центром Сингапура (NSCC), в рамках которого сингапурские специалисты первыми в Азии получат прямой доступ к мощностям японского рекордсмена.

«

"Мы надеемся, что примеры тех результатов, которые уже были получены с помощью "Фугаку" сподвигнут еще большее число ученых, как внутри Японии, так и за рубежом задействовать мощности суперкомпьютера для своих проектов", - подчеркивает директор центра компьютерных наук RIKEN Сатоси Мацуока.