文件編號：A202/0211
刊發時間：2020年4月3日
高性能計算抗擊新冠肺炎病毒
----2020年新冠大疫中美國能源超級計算機的抗疫故事
抗擊新冠肺炎病毒，需要的是科學，需要全球科學家們儘快尋找到疫苗和藥品。在這方面，擁有雄厚基礎的能源界應能發揮重要的作用。
王能全
截止到北京時間4月3日4時，新冠肺炎疫情蔓延全球，累計確診病例突破100萬例，達到1005871例，累計死亡51671例，已經成為全人類面臨的重大災難。
在3月27日刊發的《德克薩斯鐵路委員會調控美國石油產量，那是近百年前的故事！》一文中，介紹到美國能源部時，我談到了2020年3月12日，美國能源部科學辦公室發佈公告，開放能源部所擁有的超級計算資源，邀請科學界對新冠病毒開展研究，尋找潛在的疫苗和抗病毒化合物。目前，這方面的情況有了更大的進展。依據美國能源部官網等有關信息，本文將簡要介紹這方面的最新進展情況。
一、COVID-19高性能計算聯盟的組成和資源
2020年3月23日晚，美國總統特朗普宣佈成立“COVID-19高性能計算聯盟”，這一聯盟由美國白宮科技政策辦公室、美國能源部和IBM（國際商用機器公司）牽頭，成員單位包括政府、行業和學術界，為新冠病毒研究人員提供世界上最強大的高性能計算資源以對抗新冠病毒COVID-19。
3月30日，美國能源部負責科技工作的副部長保羅·達巴接受採訪時，較為詳盡地介紹了“COVID-19高性能計算聯盟”及美國能源部超級計算資源所能發揮作用的情況。據達巴介紹，“COVID-19高性能計算聯盟”3月22日成立。作為發起單位，企業界有IBM、微軟、谷歌、亞馬遜，大學有麻省理工學院、倫斯勒理工學院和聖地亞哥加州大學，聯邦政府機構有美國國家航空航天局和美國家科學基金會，美國能源部所屬的五個國家實驗室也是發起單位。除以上發起單位外，聯盟成立後的一週時間內，收到了10多個組織加入聯盟的申請。
達巴認為，美國以前從未有過如此的公共和私人實體，包括聯邦政府、工業界和學術界能迅速地組織起來，世界上最強大的計算機能不惜代價，不考慮任何成本，支持科學界研究解決COVID-19病毒。這些功能強大的計算機，能使研究人員迅速地瞭解隨著條件的變化，COVID-19疾病是如何在社區中傳播的，它們將使研究人員能夠快速確定病毒目標，更快地篩選潛在的藥物治療方法，開發疫苗，並使研究人員能夠預測病毒在人群中傳播時可能發生的變化。
根據有關新聞報道，聯盟將為美國和世界各地的科學家提供了16種超級計算系統，可以為流行病學、生物信息學和分子建模等提供超過330千萬億次的計算能力。其中，美國能源部所屬的橡樹嶺國家實驗室擁有的超級計算機Summit，浮點運算峰值為每秒20億億次，是目前世界上運算速度最快的超級計算機。
二、COVID-19高性能計算聯盟的運作
達巴介紹，聯盟由頂尖科學家和計算機研究人員組成專家小組，評估研究界提交項目的公共衛生效益，重點是能夠確保迅速取得成果的項目。一旦有關項目被選擇作為支持的項目，聯盟組成單位將承擔具體的工作，與提案團隊合作，確定訪問超級計算機的流程，討論適用於所提供訪問的具體條件。
達巴介紹到，聯盟鼓勵研究人員通過在線門戶網站提交COVID-19相關研究提案，然後由聯盟對其與合作機構之一的計算資源進行匹配性審查，以確定提案是否會被接受。
三、美國能源超級計算資源所能發揮的抗疫作用
據達巴介紹，包括髮起的五家在內，目前美國能源部有六家實驗室參與了“COVID-19高性能計算聯盟”，具體包括：阿貢、勞倫斯伯克利、勞倫斯利弗莫爾、洛斯阿拉莫斯、橡樹嶺和桑迪亞國家實驗室。
美國能源部選定的這些國家實驗室，都擁有世界領先的超級計算能力，特別適合於執行復雜的建模，採用機器學習和人工智能作為建模的關鍵組成部分，主要利用這一能力來應對COVID-19病毒的挑戰。
美國能源部已經在使用人工智能來尋找可能對病毒有效的藥物，識別病毒和宿主中可能成為良好藥物靶點的蛋白質，尋找與疫苗開發和藥物靶點相關的重要突變，並特別強調使用有效的策略，以儘量減少醫療系統的負擔，最大限度地保護弱勢群體，上述努力是由實驗室多年來利用人工智能對抗癌症工作所推動的，從這項工作中吸取的經驗教訓已迅速轉變為支持研究COVID-19病毒類似的努力。
美國能源部超級計算機與國家實驗室將人工智能納入科學研究的專業知識，在這場戰鬥中可以發揮巨大的作用。與製藥和診斷公司合作，美國能源部正在加速發現有希望的治療方法。與決策者合作，設計有效的方法來管理感染過程，並戰略性地將急需的資源部署到最需要的地方。
國家實驗室綜合設施具有許多核心能力，可用於應對COVID-19病毒造成的威脅。除了上述的計算模型外，美國能源部所屬國家實驗室還利用他們的一個X射線光源和中子源，對引起COVID-19的SARS-CoV-2病毒的關鍵蛋白進行快速的分子結構測定，這些結構數據是許多正在進行的計算研究的重要輸入。這些實驗室與科學界合作，利用這些世界領先的設施更好地瞭解COVID-19病毒。
此外，美國能源部國家實驗室也在幫助解決供應鏈瓶頸。由公共和私營部門指導的一個新的任務組,確定了三個醫療供應鏈瓶頸,並分配團隊迅速解決其中的問題, 其中包括外科口罩和麵罩、呼吸機系統和用於COVID-19病毒測試的消耗品（如棉籤、測試套件組件）。目前，正在努力製造快速原型測試物品。一旦驗證了原型，任務組將評估生產應考慮事項，包括工具的設計和製造、材料選擇和供應鏈參與等，主要重點將是開發模具，這些模具可以迅速和廣泛地分發給在衛生用品生產方面有經驗的私營公司進行生產。
眾所周知的是，能源行業無疑是新冠肺炎疫情最大的受害者之一。由於疫情漫延，世界上很多國家陸續採取了封城、封國的措施，正常的經濟活動停擺，能源需求大幅度下降，其中石油需求更是急劇萎縮。眾多機構基本一致的看法是，目前全球石油需求將減少2000萬桶/天左右。由此帶來的結果是，2020年第一季度，國際石油價格暴跌了60%以上。令人無法相信的是，2020年3月份，我們親見了多次20美元/桶上下的油價。4月1日，國際能源署發表報告稱，全球石油行業正在經歷其歷史上從未有過的震盪。
作為全球最具實力的實體產業和很多國家最重要的政府部門，能源行業不能被動地接受新冠肺炎疫情的衝擊，更應該儘自己所能，積極加入抗擊疫情的戰鬥中，其中發揮自己的科技實力和所擁有的雄厚科技基礎，科學抗疫，我國和世界其他國家的能源企業及政府部門應該能夠發揮重要的作用。也許在不久的將來，在能夠有效抗擊COVID-19病毒的疫苗和藥物中，就有來源於全球能源行業努力的成果。
免責聲明：本人撰寫和發表的文章，僅是個人研究心得，不代表任何組織和單位，也不構成任何投資建議。
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