De krachtigste computer die ooit in de Verenigde Staten is gebouwd, zal in 2021 zijn intrek nemen in het Argonne National Laboratory. hebben het Amerikaanse ministerie van Energie en Intel vandaag aangekondigd. Aurora, de eerste exascale computer van de Verenigde Staten, zal ongekende verwerkingskracht combineren met het groeiende potentieel van kunstmatige intelligentie om 's werelds belangrijkste en meest complexe wetenschappelijke uitdagingen te helpen oplossen.

Als een exaschaalcomputer, Aurora zal in staat zijn tot een triljoen - of een miljard miljard - berekeningen per seconde, 50 keer sneller dan de krachtigste supercomputers van vandaag. Maar de impact van het systeem gaat verder dan snellere en grotere gegevensverwerking tot nieuwe grenzen van wetenschappelijk onderzoek, moderne kunstmatige-intelligentiebenaderingen voor het vinden van nieuwe kankerbehandelingen aanjagen, op zoek naar donkere materie, het in kaart brengen van het menselijk brein en andere enorme doorbraken.

Bij levering, onderzoekers zullen Aurora kunnen gebruiken via de leiderschapscomputerfaciliteiten in Argonne, een laboratorium van het Amerikaanse Department of Energy dat wordt beheerd door de Universiteit van Chicago.

"De evolutie van grootschalige berekeningen en de opkomst van kunstmatige intelligentie als een effectief hulpmiddel creëren een groeiend potentieel voor transformatieve ontdekkingen op veel gebieden, inclusief medicijnen, techniek en natuurkunde, " zei Robert J. Zimmer, president van de Universiteit van Chicago, de voorzitter van Argonne LLC, die het laboratorium voor het Amerikaanse ministerie van Energie beheert. "Door Aurora naar Argonne te brengen, krijgen onderzoekers hier en die van over de hele wereld een uitzonderlijke bron voor wetenschappelijk onderzoek en de ontwikkeling van cruciale toekomstige technologieën."

"Er is een enorm wetenschappelijk voordeel voor onze natie dat voortkomt uit samenwerkingen zoals deze met het ministerie van Energie, Argonne Nationaal Laboratorium, industriepartners Intel en Cray, en onze nauwe samenwerking met de Universiteit van Chicago, " zei Paul Kearns, directeur van het Argonne National Laboratory. "Argonne's Aurora-systeem is gebouwd voor de volgende generatie kunstmatige intelligentie en zal wetenschappelijke ontdekkingen versnellen door high-performance computing en kunstmatige intelligentie te combineren om problemen in de echte wereld aan te pakken, zoals het verbeteren van extreme weersvoorspellingen, het versnellen van medische behandelingen, het menselijk brein in kaart brengen, het ontwikkelen van nieuwe materialen en het verder begrijpen van het universum - en dat is nog maar het begin."

De hersenen in kaart brengen, kankerbehandeling personaliseren

Door middel van Early Science Projects die zijn ontworpen om de toekomstige mogelijkheden van Aurora te onderzoeken, UChicago-onderzoekers in materiaalkunde, kosmologie en neurobiologie zijn al begonnen met het onderzoeken van de nieuwe ontdekkingen die deze unieke machine mogelijk maakt.

"Aurora stelt ons in staat om nieuwe grenzen te verkennen in kunstmatige intelligentie en machine learning, " zei Narayanan "Bobby" Kasthuri, assistent-professor neurobiologie aan de Universiteit van Chicago en onderzoeker bij Argonne. "Dit zal de eerste keer zijn dat wetenschappers een machine hebben die krachtig genoeg is om het soort berekeningen te evenaren dat de hersenen kunnen doen."

Kasthuri's onderzoek probeert de hersenen van zoogdieren te reverse-engineeren, met behulp van krachtige microscopen om miljarden cellen en verbindingen te fotograferen en supercomputers om de ingewikkelde bedrading van de hersenen te reconstrueren. Met zo'n kaart wetenschappers kunnen vragen stellen over hoe de structuur van de hersenen het leren stimuleert, gedrag en ziekte, het genereren van nieuwe therapieën en inzichten in de aard van de mensheid. Maar een complete kaart van de naar schatting miljoen miljard verbindingen van het menselijk brein zou niet minder zijn dan de grootste dataset in de menselijke geschiedenis, die extreme berekeningen vereisen om te navigeren.

"Met de hulp van Aurora, Ik zal miljoenen tweedimensionale afbeeldingen kunnen samenstellen, het reconstrueren van de hersenen in drie dimensies om een ​​kaart van het menselijk brein te maken, "Zei Kasthuri. "Stel je de baanbrekende mogelijkheden voor van een hulpbron waar neurowetenschappers in de VS, en uiteindelijk over de hele wereld, gebruik maken van dergelijke technologieën en infrastructuur."

De kunstmatige-intelligentiecapaciteiten van Aurora zullen een boost geven aan een project dat een andere grote biomedische uitdaging aangaat, de ontwikkeling van effectievere, gepersonaliseerde behandelingen voor kanker. De CANcer gedistribueerde leeromgeving (CANDLE), een samenwerking tussen DOE en het National Cancer Institute, zal de relatie tussen de belangrijkste moleculaire routes bestuderen, klinische en preklinische geneesmiddelen, en patiëntreacties om voorspellende modellen te creëren die beslissingen op patiëntniveau mogelijk maken over de beste therapie voor elke individuele kanker.

De exascale kracht van Aurora zal onderzoekers helpen om snel complexe modellen met miljoenen variabelen te testen, terwijl de optimalisatie voor kunstmatige intelligentie machine learning in staat stelt om automatisch de best presterende strategieën te selecteren en te verfijnen.

"Het CANDLE-team is verheugd om Aurora's volledige vermogen te ontketenen om de mensheid te helpen op manieren die voorheen onmogelijk waren, " zei Rick Stevens, associate laboratoriumdirecteur voor informatica, milieu en life sciences in Argonne, hoogleraar computerwetenschappen aan UChicago en hoofdonderzoeker van CANDLE. "Chemotherapie is al zo'n 75 jaar beschikbaar. we hebben nooit goed kunnen voorspellen welke patiënten erop zullen reageren. Het bedenken van manieren om moleculaire informatie en visuele informatie op te nemen om meer voorspellende modellen te bouwen, zal helpen om te onderscheiden welke tumoren op een bepaald medicijn zullen reageren en welke niet. Met exascale computing, we hebben de kans om dat te doen, en dat zal het leven van miljoenen mensen veranderen."

Grotere ruimtes verkennen, van atomen tot universums

Supercomputers zijn bijzonder geschikt om wetenschappers te helpen bij het verkennen en simuleren van enorme, gegevensrijke omgevingen - van processen op atomair niveau tot de geschiedenis van het hele universum. Salman Habib, de directeur van Argonne's Computational Science Division en senior lid van het Kavli Institute for Cosmological Physics aan de Universiteit van Chicago, heeft enkele van de grootste simulaties van het universum uitgevoerd die ooit op een supercomputer zijn uitgevoerd. Met Aurora, hij zal in staat zijn om nog gedetailleerdere simulaties te maken die experimentatoren naar de beste plaatsen leiden om donkere materie te vinden, donkere energie en andere mysteries van het universum.

"Deze omvatten zeer realistische simulaties van structuurvorming in het universum, inclusief zwaartekracht en astrofysische effecten - hoe de zeer soepele beginomstandigheden in het verre verleden transformeren in de klonterige materieverdelingen die we vandaag zien, Habib zei. "Sommige simulaties die maanden duurden, worden in dagen uitgevoerd, en interessanter, enkele grote en complexe simulaties die helemaal niet konden worden gedaan vanwege geheugen- en prestatiebeperkingen, worden mogelijk."

Aurora zal ook inspanningen stimuleren om de technologieën van morgen te ontwerpen, lokaliseren van materialen met de eigenschappen die nodig zijn om sterkere batterijen te bouwen, zonnepanelen die licht efficiënter omzetten in energie, en kwantumcomputers. Onderzoekers zullen ook in staat zijn om meer gedetailleerde moleculaire modellen dan ooit te gebruiken om de structuur en functie van cellulaire eiwitten te begrijpen, het onthullen van nieuwe therapeutische doelen en het stimuleren van de ontwikkeling van precieze medicijnen.

"Ik zie dit meer als een kwalitatieve doorbraak dan alleen een timingdoorbraak, " zei Giulia Galli, de Liew Family hoogleraar elektronische structuur en simulaties in het Institute for Molecular Engineering en hoogleraar scheikunde aan de Universiteit van Chicago. "De echte doorbraak zal komen door de berekening van veel eigenschappen van veel materialen tegelijkertijd - op een manier die we vandaag niet kunnen doen - en dat zal eindelijk ontwerp mogelijk maken met behulp van computationele, atomistische technieken."

Het Aurora-contract heeft een waarde van meer dan $ 500 miljoen en het systeem zal in 2021 door Intel en onderaannemer Cray Computing worden geleverd aan Argonne National Laboratory.

"We hebben de naam Aurora gekozen omdat het ons ambitieuze doel omvat om een ​​systeem te creëren dat in zekere zin de wereld kan verlichten, "Zei Stevens. "Dit markeert een keerpunt in de geschiedenis van supercomputing, aangezien kunstmatige intelligentie wordt geïntegreerd in traditionele, krachtige computersystemen op de grootste schaal die de mens kent."