Osnovni udžbenici biologije će vam reći da je sav život na Zemlji izgrađen od četiri vrste molekula: proteina, ugljenih hidrata, lipida i nukleinskih kiselina. A svaka grupa je vitalna za svaki živi organizam.
Ali šta ako bi ljudi zaista mogli da pokažu da se ovi „molekuli života“, kao što su aminokiseline i DNK baze, mogu prirodno formirati u pravom okruženju? Istraživači sa Univerziteta Florida koriste HiPerGator — najbrži superkompjuter u visokom obrazovanju u SAD — da testiraju ovaj eksperiment.
HiPerGator—sa svojim AI modelima i ogromnim kapacitetom za grafičke procesorske jedinice, ili GPU-ove (specijalizovani procesori dizajnirani da ubrzaju grafičko prikazivanje)—preobražava igru molekularnog istraživanja.
Do pre jedne decenije, sprovođenje istraživanja o evoluciji i interakcijama velikih kolekcija atoma i molekula moglo se obaviti samo korišćenjem jednostavnih eksperimenata kompjuterske simulacije; računarska snaga potrebna za rukovanje skupovima podataka jednostavno nije bila dostupna.
Sada je, zahvaljujući HiPerGator-u. Koristeći superkompjuter, UF dr. student Jinze Ksue (iz Roitberg Computational Chemistri Group) bio je u mogućnosti da sprovede veliki eksperiment rane hemije Zemlje tokom zimskog raspusta 2023.
Ksue je koristio više od 1.000 A100 GPU-a na HiPerGator-u i izveo eksperiment molekularne dinamike na 22 miliona atoma koji je identifikovao 12 aminokiselina, tri nukleobaze, jednu masnu kiselinu i dva dipeptida. Otkriće većih molekula, koje ne bi bilo moguće u manjim računarskim sistemima, bilo je značajno dostignuće.
„Naš prethodni uspeh nam je omogućio da koristimo mašinsko učenje i veštačku inteligenciju za izračunavanje energija i sila na molekularnim sistemima, sa rezultatima koji su identični onima u kvantnoj hemiji visokog nivoa, ali oko milion puta brži“, rekao je dr Adrijan Rojtberg. , profesor na UF odeljenju za hemiju koji koristi mašinsko učenje za proučavanje hemijskih reakcija već šest godina.
„Ova pitanja su postavljana ranije, ali, zbog računskih ograničenja, prethodni proračuni su koristili mali broj atoma i nisu mogli da istraže opseg vremena potrebnog za dobijanje rezultata. Ali sa HiPerGator-om, mi to možemo da uradimo.“
Erik Deumens, dr, viši direktor za UFIT Research Computing, objasnio je kako je ovo potpuno preuzimanje HiPerGatora bilo moguće.
„HiPerGator ima jedinstvenu sposobnost da pokrene veoma velike proračune „heroja“ koji koriste celu mašinu, sa potencijalom da dovedu do otkrića u nauci i učenosti“, rekao je Deumens. „Kada smo saznali za posao kojim se bavi grupa dr Roitberga, obratili smo mu se da isprobamo ‘heroje’ sa kodom koji je razvio.“
Pojava veštačke inteligencije i moćnih GPU-a može da omogući sprovođenje takvih naučnih simulacija koje zahtevaju veliki broj podataka — proračuna koje su naučnici mogli da zamisle pre nekoliko godina.
„Koristeći metode mašinskog učenja, napravili smo simulaciju koristeći kompletan HiPerGator set GPU-a“, rekao je Roitberg. „Bili smo u mogućnosti da vidimo, u realnom vremenu, formacije skoro svake aminokiseline (alanin, glicin, itd.) i niz veoma složenih molekula. Ovo je bilo veoma uzbudljivo za iskustvo.“
Ovaj projekat je deo stalnih napora da se otkrije kako se složeni molekuli mogu formirati od osnovnih građevnih blokova, i da se proces učini automatskim kroz velike kompjuterske simulacije. Roitberg i njegova istraživačka grupa proveli su mnogo sati radeći sa članovima UFIT-a. Iing Zhang, UFIT-ov menadžer za AI podršku, učestvovao je u eksperimentu.
„Jing je sastavio tim koji se sastoji od osoblja istraživačkog računarstva i osoblja iz NVIDIA-e kako bi pomogao u skaliranju rada računara, pružio neprocenjive savete i pomoć i ubrzao analizu podataka do tačke u kojoj su analize obavljene za samo sedam sati (umesto tri dana za koje smo prvobitno očekivali da će potrajati)“, rekao je Roitberg. „Sastajali smo se svake nedelje, od početnog začeća do konačnih rezultata, u veoma plodnoj saradnji.
Rezultati i kratko vreme u kojem je HiPerGator uspeo da ih isporuči, bili su revolucionarni, dovodeći istraživače korak bliže odgovoru na pitanja o tome kako se formiraju složeni molekuli. A činjenica da je Roitberg bio u stanju da izvrši ovo proračunavanje pokazuje da UF ima sposobnost da podrži „trčanja heroja“ ili „proračune na mesečini“ koji pokreću naučne i inženjerske i naučne projekte napred.
„Ovo je sjajna prilika za fakultet UF“, rekao je Roitberg. „Imati HiPerGator u kući – sa neverovatnim osobljem koje je spremno da ide iznad i dalje da pomogne istraživačima da proizvedu revolucionarnu nauku poput ove – nešto je zbog čega su moje kolege koje nisu UF veoma ljubomorne.
