Il computer più potente mai costruito negli Stati Uniti farà la sua casa all'Argonne National Laboratory nel 2021, lo hanno annunciato oggi il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti e Intel. Aurora, il primo computer exascale degli Stati Uniti, combinerà una potenza di elaborazione senza precedenti con il potenziale crescente dell'intelligenza artificiale per aiutare a risolvere le sfide scientifiche più importanti e complesse del mondo.

Come un computer exascale, Aurora sarà in grado di fare un quintilione, o un miliardo di miliardi, di calcoli al secondo, 50 volte più veloce dei supercomputer più potenti di oggi. Ma l'impatto del sistema va oltre l'elaborazione dei dati più rapida e più ampia verso nuove frontiere dell'indagine scientifica, potenziando i moderni approcci di intelligenza artificiale per trovare nuovi trattamenti contro il cancro, alla ricerca della materia oscura, mappare il cervello umano e altre importanti scoperte.

Al momento della consegna, i ricercatori saranno in grado di utilizzare Aurora attraverso le strutture informatiche di leadership ad Argonne, un laboratorio del Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti gestito dall'Università di Chicago.

"L'evoluzione del calcolo su larga scala e l'emergere dell'intelligenza artificiale come strumento efficace stanno creando un potenziale crescente per scoperte trasformative in molti campi, compresa la medicina, ingegneria e fisica, ", ha affermato il presidente dell'Università di Chicago Robert J. Zimmer, il presidente di Argonne LLC, che gestisce il laboratorio per il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti. "Portare Aurora ad Argonne fornirà ai ricercatori qui ea quelli di tutto il mondo una risorsa eccezionale per l'indagine scientifica e lo sviluppo di tecnologie future critiche".

"C'è un enorme vantaggio scientifico per la nostra nazione che deriva da collaborazioni come questa con il Dipartimento dell'Energia, Laboratorio Nazionale Argonne, partner industriali Intel e Cray, e la nostra stretta collaborazione con l'Università di Chicago, " ha affermato il direttore del laboratorio nazionale di Argonne Paul Kearns. "Il sistema Aurora di Argonne è costruito per l'intelligenza artificiale di prossima generazione e accelererà la scoperta scientifica combinando calcolo ad alte prestazioni e intelligenza artificiale per affrontare i problemi del mondo reale, come il miglioramento delle previsioni meteorologiche estreme, accelerare le cure mediche, mappare il cervello umano, sviluppare nuovi materiali e comprendere ulteriormente l'universo, e questo è solo l'inizio".

Mappare il cervello, personalizzazione del trattamento del cancro

Attraverso Early Science Projects progettati per sondare le capacità future di Aurora, ricercatori UChicago nella scienza dei materiali, cosmologia e neurobiologia hanno già iniziato a interrogare le nuove scoperte che questa macchina unica nel suo genere rende possibili.

"Aurora ci consentirà di esplorare nuove frontiere nell'intelligenza artificiale e nell'apprendimento automatico, " disse Narayanan "Bobby" Kasthuri, assistente professore di neurobiologia presso l'Università di Chicago e ricercatore presso Argonne. "Questa sarà la prima volta che gli scienziati avranno una macchina abbastanza potente da eguagliare il tipo di calcoli che il cervello può fare".

La ricerca di Kasthuri cerca di decodificare il cervello dei mammiferi, utilizzando potenti microscopi per fotografare miliardi di cellule e connessioni e supercomputer per ricostruire l'intricato cablaggio del cervello. Con una tale mappa, gli scienziati potrebbero porre domande su come la struttura del cervello guida l'apprendimento, comportamento e malattia, generando nuove terapie e intuizioni sulla natura dell'umanità. Ma una mappa completa del milione di miliardi di connessioni stimate del cervello umano sarebbe nientemeno che il più grande set di dati della storia umana, che richiedono un calcolo su scala estrema per navigare.

"Con l'aiuto di Aurora, Sarò in grado di mettere insieme milioni di immagini bidimensionali, ricostruire il cervello in tre dimensioni per creare una mappa del cervello umano, "Ha detto Kasthuri. "Immagina le possibilità rivoluzionarie di una risorsa in cui i neuroscienziati negli Stati Uniti, e infine in tutto il mondo, utilizzare tali tecnologie e infrastrutture."

Le capacità di intelligenza artificiale di Aurora stimoleranno un progetto che affronta un'altra grande sfida biomedica, lo sviluppo di una più efficace, trattamenti personalizzati per il cancro. L'ambiente di apprendimento distribuito CANcer (CANDLE), una collaborazione DOE e National Cancer Institute, studierà la relazione tra le principali vie molecolari, farmaci clinici e preclinici, e le risposte dei pazienti per creare modelli predittivi che consentano decisioni a livello di paziente sulla migliore terapia per ogni singolo tumore.

La potenza di esascala di Aurora aiuterà i ricercatori a testare rapidamente modelli complessi che coinvolgono milioni di variabili, mentre la sua ottimizzazione per l'intelligenza artificiale consente al machine learning di selezionare e perfezionare automaticamente le strategie più performanti.

"Il team di CANDLE è entusiasta di liberare la piena capacità di Aurora di aiutare l'umanità in modi impossibili prima, " ha detto Rick Stevens, direttore associato di laboratorio per l'informatica, scienze dell'ambiente e della vita ad Argonne, professore di informatica all'Università di Chicago e ricercatore principale su CANDLE. "La chemioterapia è disponibile da circa 75 anni. Tuttavia, non siamo mai stati in grado di prevedere in modo efficace quali pazienti risponderanno ad esso. L'ideazione di modi per incorporare le informazioni molecolari e le informazioni visive per costruire modelli più predittivi aiuterà a distinguere quali tumori risponderanno a un determinato farmaco e quali no. Con il calcolo a esascala, abbiamo la possibilità di farlo, e questo cambierà la vita di milioni di persone".

Esplorare spazi più ampi, dagli atomi agli universi

I supercomputer sono particolarmente adatti per aiutare gli scienziati a esplorare e simulare enormi, ambienti ricchi di dati, dai processi a livello atomico alla storia dell'intero universo. Salman Habib, il direttore della divisione di scienze computazionali di Argonne e membro senior del Kavli Institute for Cosmological Physics presso l'Università di Chicago, ha condotto alcune delle più grandi simulazioni dell'universo mai eseguite su un supercomputer. Con Aurora, sarà in grado di creare simulazioni ancora più dettagliate che guideranno gli sperimentali verso i posti migliori per trovare la materia oscura, energia oscura e altri misteri dell'universo.

"Questi includono simulazioni molto realistiche della formazione di strutture nell'universo, inclusi effetti gravitazionali e astrofisici, come le condizioni iniziali molto lisce nel lontano passato si trasformano nelle distribuzioni di materia bitorzoluta che vediamo oggi, " Habib ha detto. "Alcune simulazioni che hanno richiesto mesi verranno eseguite in giorni, e più interessante, diventeranno possibili alcune simulazioni grandi e complesse che non potrebbero essere affatto eseguite a causa di limitazioni di memoria e prestazioni".

Aurora stimolerà anche gli sforzi per progettare le tecnologie di domani, individuare materiali con le proprietà necessarie per costruire batterie più potenti, pannelli solari che convertono in modo più efficiente la luce in energia, e computer quantistici. I ricercatori saranno anche in grado di eseguire modelli molecolari più dettagliati che mai per comprendere la struttura e la funzione delle proteine ​​cellulari, rivelando nuovi bersagli terapeutici e guidando lo sviluppo di farmaci precisi.

"Lo vedo più come una svolta qualitativa che come una semplice svolta temporale, " disse Giulia Galli, il Liew Family Professor di struttura elettronica e simulazioni presso l'Institute for Molecular Engineering e professore di chimica presso l'Università di Chicago. "La vera svolta verrà dal calcolo simultaneo di molte proprietà di molti materiali, in un modo che non possiamo fare oggi, e ciò consentirà finalmente di progettare utilizzando strumenti computazionali, tecniche atomistiche".

Il contratto Aurora ha un valore di oltre $ 500 milioni e il sistema sarà consegnato all'Argonne National Laboratory da Intel e dal subappaltatore Cray Computing nel 2021.

"Abbiamo scelto il nome Aurora perché racchiude il nostro obiettivo ambizioso di creare un sistema che in un certo senso possa illuminare il mondo, "Ha detto Stevens. "Questo segna un punto di svolta nella storia del supercalcolo poiché l'intelligenza artificiale viene integrata nei tradizionali sistemi di calcolo ad alte prestazioni sulla più grande scala conosciuta dall'uomo".