High Performance Computing: GENCI, CEA, CPU und Atos unterstützen europäische Wissenschaftler bei COVID-19-Forschung

Paris, 30. April 2020 – Zwei der leistungsstärksten Supercomputer Frankreichs, Joliot-Curie im TGCC, dem Supercomputing-Zentrum des französischen Kommissariats für Atomenergie und alternative Energien (CEA), sowie Occigen im Supercomputing-Zentrum CINES der Conférence des Présidents d'Université (CPU), bieten europäischen Forschungsteams für den Kampf gegen COVID-19 dringend benötigten Zugang zu großen Computerressourcen. Ziel ist es, epidemiologische Studien über die Verbreitung des COVID-19-Virus durchzuführen, seine molekulare Struktur und sein Verhalten zu verstehen und potenzielle zukünftige Moleküle massiv zu screenen und zu testen. Dadurch wird die Suche nach einem wirksamen Impfstoff beschleunigt und der weltweite Kampf gegen das Virus unterstützt. Beide Supercomputer basieren auf der BullSequana-Plattform von Atos, einem weltweit führenden Anbieter für die digitale Transformation.

Nach nur wenigen Wochen des COVID-19-Schnellzugriffs gibt die nationale französische Agentur für Hochleistungsrechnen GENCI bekannt, dass es nun mehr als 20 wissenschaftliche COVID-19-Projekte gibt. Diese laufen auf den drei nationalen Supercomputern, darunter Joliot-Curie und Occigen (sowie Jean Zay im Computing-Zentrum IDRIS), unterstützt von engagierten Support-Teams.

Joliot-Curie im TGCC

Joliot-Curie ist mit seinen 22 Petaflop/s der leistungsstärkste Supercomputer in Frankreich, der für die akademische und industrielle offene Forschung bestimmt ist. Im Rahmen von PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe) setzen europäische Wissenschaftler Joliot-Curie aktuell für drei Großprojekte zur PRACE COVID-19 Fast Track-Ausschreibung ein. In einem Projekt werden die funktionellen Proteine des SARS-CoV-2-Virus simuliert, die aus Millionen von Atomen aufgebaut sind, um die Mechanismen der Virusinfektion zu verstehen und Therapeutika zu entwickeln. Das zweite Projekt verwendet computergestütztes Screening, eine bekannte Technik aus der Arzneimittelentwicklung, um virale Proteininhibitoren zu identifizieren und zu verbessern, also Moleküle, die das SARS-Cov-2-Protein blockieren können. Dieses Projekt könnte dazu beitragen, die Entwicklung einer Behandlung zur Verlangsamung des Ausbruchs von COVID-19 zu unterstützen.

Das dritte Projekt kombiniert die Untersuchung der Wirkung von Malariamedikamenten auf Herzschrittmacher für Menschen unter Berücksichtigung einer Vielzahl von Komorbiditäten, die in der infizierten Bevölkerung vorhanden sein können. Dabei kommt auch Computational Fluid Dynamics (CFD) zum Einsatz, um die komplexe Hämodynamik im Zusammenhang mit dem sogenannten North-South-Syndrom besser zu verstehen.

Zusätzlich zu diesen PRACE COVID-19 Fast Track-Projekten führen Forscherteams wichtige vorbereitende Simulationen unter Verwendung der nationalen Rechenkapazitäten des Supercomputers Joliot-Curie durch. So arbeiten beispielsweise Forscher des Interdisziplinären Forschungsinstituts von Grenoble (IRIG) und des Joliot-Instituts des CEA an der Suche nach Hemmstoffen in COVID-19. Das SPIKE-Protein ermöglicht es dem Virus, die Zellmembran zu durchdringen. Dank der Simulation der elektronischen Struktur des Proteins und des zugehörigen Inhibitors ist es möglich, genaue Informationen über die Stärke der Hemmung, aber auch strukturelle Informationen zu liefern, um die betreffenden Aminosäuren und ihre zugehörigen Polaritäten zu identifizieren. Diese ersten Arbeiten ermöglichten die Validierung des Ansatzes und damit die Einreichung eines 15 Millionen Stunden umfassenden Projekts bei PRACE zur Untersuchung der mikroskopischen und thermodynamischen Faktoren, die die Wechselwirkung zwischen der Hauptprotease SARS-CoV-2 und vielversprechenden neuen Inhibitoren begünstigen können. Ziel ist die Entwicklung eines „ab initio in silico“-Werkzeugs zur genauen Abschätzung der Interaktionseigenschaften von Proteinen, die mit allen Arten von Liganden-Familien interagieren.

Vorkommen bei CINES

Im Rahmen der COVID-19-bezogenen Projekte zu Occigen führen Forscher Simulationen durch, um die SARS-Cov-2-Helikase-Enzyme eingehender zu untersuchen und so die genetische Zusammensetzung des Virus besser zu verstehen. Es wird auch massiv mit rechnergestützten Screening-Methoden gearbeitet: Täglich kommen über 40.000 Kerne – das entspricht etwa der Hälfte der Gesamtkapazität von Occigen von 86.000 Kernen für 3,5 Petaflop/s– zum Einsatz, um mehr als 1,5 Milliarden Moleküle virtuell zu testen. Von diesen sollen tausend synthetisiert und in Labors auf ihre Fähigkeit zur Hemmung von SARS-Cov-2 getestet werden. Der Umfang dieser virtuellen Tests ist beispiellos und wird erst durch die Rechenleistung des Supercomputers möglich.

Stephane Requena, CTO bei GENCI, sagt: „Wir sind stolz auf die drei nationalen Zentren, die sich im Kampf gegen COVID-19 engagieren, und darauf, dass die Forscher unsere leistungsstarken Supercomputing- und KI-Fähigkeiten dazu nutzen. Wir hoffen, dass diese rechnerischen Erkenntnisse aus den mehr als 20 Projekten, die derzeit auf unseren Systemen laufen, Forscher und Wissenschaftler dabei unterstützen werden, mehr über das Virus zu erfahren und letztlich dazu beitragen werden, eine Behandlung zu entwickeln, um diese Pandemie zu stoppen.“

 Pierre Barnabé, Head of Public Sector & Defense und Head of Big Data & Cybersecurity bei Atos, ergänzt: „Es ist uns eine Ehre, die Forscher und Wissenschaftler bei ihrer Arbeit im Kampf gegen COVID-19 zu unterstützen. Durch die Nutzung der Fähigkeiten unserer BullSequana-Supercomputer, die tausendmal schneller laufen als herkömmliche Computer, ermöglichen wir ihnen, wertvolle Zeit zu sparen und helfen, eine Heilung für diese Pandemie zu finden.“

Christine Ménaché, Head of CEA’s Very Large Computing Center (TGCC) und Boris Dintrans, Director des CINES erklären gemeinsam: „Alle Support-Teams des TGCC und des CINES sind in Solidarität mobilisiert worden, um die Erwartungen aller Anwender zu erfüllen – insbesondere in Zusammenhang mit den wissenschaftlichen Projekten zu Covid-19.“

 Supercomputer verfügen über Zehntausende von Prozessoren, die zusammenarbeiten, um große Berechnungen durchzuführen und große Datenmengen mit KI-Algorithmen zu verarbeiten und zu analysieren. Alle Supercomputing-Systeme zusammengenommen verfügt GENCI heute über mehr als 41 Petaflop/s Rechenleistung und 100 Petabyte massiven Datenspeicher.

Über Atos

Atos ist ein weltweit führender Anbieter für die digitale Transformation mit 110.000 Mitarbeitern in 73 Ländern und einem Jahresumsatz von 12 Milliarden Euro. Als europäischer Marktführer für Cloud, Cybersecurity und High Performance Computing bietet die Atos Gruppe ganzheitliche Lösungen für Orchestrated Hybrid Cloud, Big Data, Business-Anwendungen und Digital Workplace. Der Konzern ist der weltweite Informationstechnologie-Partner der Olympischen und Paralympischen Spiele und firmiert unter den Marken Atos, Atos|Syntel und Unify. Atos ist eine SE (Societas Europaea) und an der Pariser Börse als eine der 40 führenden französischen Aktiengesellschaften (CAC40) notiert.

Das Ziel von Atos ist es, die Zukunft der Informationstechnologie mitzugestalten. Fachwissen und Services von Atos fördern Wissensentwicklung, Bildung sowie Forschung in einer multikulturellen Welt und tragen zu wissenschaftlicher und technologischer Exzellenz bei. Weltweit ermöglicht die Atos Gruppe ihren Kunden und Mitarbeitern sowie der Gesellschaft insgesamt, in einem sicheren Informationsraum nachhaltig zu leben, zu arbeiten und sich zu entwickeln.

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