La mise en service du premier supercalculateur dit exascale, le Frontier, par le Oak Ridge National Laboratory en fin 2021, illustre le début de la révolution qui marquera bientôt la biologie et notamment la neurobiologie, en association avec les outils d’intelligence artificielle approfondie. Ces sciences ont découvert progressivement que le vivant sous toutes ses formes fonctionnait sur le mode du supercalcul comme si des milliards et milliards d’ordinateurs biologiques coopéraient ensemble, depuis les bactéries, les végétaux et les cerveaux des animaux supérieurs, dont évidemment les hommes.
Le calcul exascale intégre des systèmes accomplissant des milliards de computations par seconde en utilisant une infrastructure très riche de systèmes CPU et GPU Central Processing Units (CPUs) et Graphics Processing Units (GPUs) pour traiter et analyser les données.
La biophysique computationnelle connaît un élan significatif, symbolisant une transformation considérable du domaine. Avec l’avancement de la recherche en biophysique, l’intégration des efforts expérimentaux et computationnels devrait redéfinir les frontières de la connaissance, préparant le terrain pour des découvertes qui pourraient bouleverser notre perception du monde biologique.
Grâce à la puissance des outils informatiques avancés, les biophysiciens contemporains ne sont plus de simples observateurs. Muni des dernières technologies de calcul haute performance (HPC), ce corps scientifique est maintenant en mesure de contester certaines des suppositions biologiques les plus anciennes, de mettre en lumière des détails complexes ignorés et même de synthétiser de nouvelles protéines ou de concevoir des circuits moléculaires innovants.
Comme le déclare le Dr. Bernardi, un des spécialistes du domaine : “Les nouveaux ordinateurs exascale permettent aux biophysiciens computationnels de surpasser ce qui est réalisable expérimentalement et de simuler des processus biologiques avec un niveau de détail bien plus élevé. Par exemple, nous pouvons désormais comprendre comment les bactéries pathogènes se lient aux humains pendant une infection. »
A l’instar de la physique et de la chimie, la biologie s’oriente de plus en plus vers l’utilisation de modèles théoriques pour guider ses expériences, avec une dépendance croissante à l’égard des technologies computationnelles avancées.
Référence
. 2023 Jul 25;
Fostering discoveries in the era of exascale computing:
How the next generation of supercomputers empowers computational and experimental biophysics alike
Marcelo C R Melo 1, Rafael C Bernardi 2
Affiliations expand
- PMID: 36738105
- PMCID: PMC10398237 (available on 2024-07-25)
- DOI: 10.1016/j.bpj.2023.01.042
Abstract
Over a century ago, physicists started broadly relying on theoretical models to guide new experiments. Soon thereafter, chemists began doing the same. Now, biological research enters a new era when experiment and theory walk hand in hand. Novel software and specialized hardware became essential to understand experimental data and propose new models. In fact, current petascale computing resources already allow researchers to reach unprecedented levels of simulation throughput to connect in silico and in vitro experiments. The reduction in cost and improved access allowed a large number of research groups to adopt supercomputing resources and techniques. Here, we outline how large-scale computing has evolved to expand decades-old research, spark new research efforts, and continuously connect simulation and observation. For instance, multiple publicly and privately funded groups have dedicated extensive resources to develop artificial intelligence tools for computational biophysics, from accelerating quantum chemistry calculations to proposing protein structure models. Moreover, advances in computer hardware have accelerated data processing from single-molecule experimental observations and simulations of chemical reactions occurring throughout entire cells. The combination of software and hardware has opened the way for exascale computing and the production of the first public exascale supercomputer, Frontier, inaugurated by the Oak Ridge National Laboratory in 2022. Ultimately, the popularization and development of computational techniques and the training of researchers to use them will only accelerate the diversification of tools and learning resources for future generations.
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