ゴードン・ベル特別賞、世界をリードするCOVID飛沫研究に

Oliver Peckham

SC21では、ACM2021のゴードン・ベル賞に加えて、2つ目の主要な研究賞として、Gordon Bell Special Prize for High Performance Computing-Based COVID-19 Researchが設けられた。昨年はSARS-CoV-2のスパイクタンパク質のシミュレーションが受賞したが、今年は理化学研究所の研究者が受賞した。この研究者は、世界がパンデミックで最悪の際に、エアロゾル化したCOVIDの飛沫のダイナミクスをシミュレーション行って現象を解明した。。

4期連続でトップ500にランクインしている理研の「富岳」は、COVID-19の集中的な研究を開始するにあたり、研究者にこれまでにないリソースを提供するため、予定よりも大幅に早く2020年にサービスを開始した。この数カ月の間に、COVIDに取り組む無数のスーパーコンピュータ組織の中で、富岳と所属する研究者たちは、具体的な名前を挙げていきた。彼らは一貫して、COVIDの飛沫の伝播に着目していたが、それがマスクを通したものであろうと、フェイスシールドを巡ったものであろうと、障壁を越えたものであろうと、寒さの中でのものであろうとだ。そのために、理研の研究者たちは、産業用の粒子シミュレーションソフトウェアの上に構築し、巨大な富岳システム上で大規模かつ迅速に実行できるようにソフトウェアを最適化し、追加した。

この研究は、パンデミックの不確実性と不安を克服しようとする日本と世界の人々の行動を変えていった。委員会の委員長であるMark Parsonsは、「委員会が特に感銘を受けたのは、この研究がパンデミックの初期段階において、日本と世界の人々の行動を変えたことです。」と述べている。

今回のゴードン・ベル特別賞の受賞対象となった研究は、「Digital Transformation of Droplet/Aerosol Infection Risk Assessment Realized on Fugaku for the Fight against COVID-19」というタイトルで、理研の研究者6名が執筆した。受賞したのは、安藤和人氏、Rahul Bale、ChungGang Li、松岡聡氏、大西慶治氏、坪倉誠氏の6名だ。

この賞は、SC21の授賞式で直接受け取ることのできる数少ない賞の一つで、コンピュータのパイオニアであるゴードン・ベルの提供による1万ドルの賞金が付いている。

SC21の授賞式では数少ない直接の受賞となった。

富岳のCOVID飛沫シミュレーションの詳細については、以下の記事をご覧ください。

It’s Fugaku vs. COVID-19: How the World’s Top Supercomputer Is Shaping Our New Normal

RIKEN’s Ongoing COVID Research Includes New Vaccines, New Tests & More

At ISC, the Fight Against COVID-19 Took the Stage – and Yes, Fugaku Was There

ACMゴードン・ベル特別賞候補者

HPCwireの「スーパーコンピューティングとCOVIDの年表」で詳しく紹介されているように、世界中のスーパーコンピュータは、治療薬の探索、COVIDの蔓延を阻止するための疫学研究などに、数え切れないほどの処理時間を費やしてきた。理研と富岳が受賞したが、他の5つの候補者も同様に、パンデミックに対する人類の戦いの中で、最も素晴らしい仕事をしている。

言語モデルによるSARS-CoV-2阻害剤の予測

例えば、オークリッジ国立研究所のチームは、約96億個の分子を対象にBERT深層学習言語モデルを学習させ、タンパク質結合親和性予測に基づいてCOVID薬剤候補を生成し、スコアリングするようにした。この取り組みは、オークリッジのスーパーコンピュータ「Summit」で実行された。このスーパーコンピュータは、現在でも米国で最も強力な公開ランクされたシステムであるが、学習データセットのサイズを大幅に増やしながら、事前学習の時間を数日から数時間に短縮した。

リアルタイムのパンデミック対応と意思決定支援のためのナショナルエージェントベースのモデルを用いたデータ駆動型のスケーラブルなパイプライン

バージニア大学では，6人の研究者が「連邦および州レベルのパンデミック計画と対応を支援するために、国家エージェントベースモデルをベースにした、データ駆動型の統合運用パイプライン」を開発した。このパイプラインは、2つのHPCシステム間でジョブを調整し、多数の政府レベルのCOVIDデータを収集、統合、整理することで、2億8800万人の個人間のソーシャル・インタラクションと米国内の数十億のインタラクションのデジタル・ツインを実現している。

#COVIDisAirborne 呼吸器エアロゾル中のデルタ型SARS-CoV-2のAIを用いたマルチスケール計算顕微鏡検査

この研究チームは、カリフォルニア大学サンディエゴ校、イリノイ大学、ピッツバーグ大学、ブリストル大学、アルゴンヌ国立研究所、Entos社から構成されており、2020年にゴードン・ベル特別賞を受賞した研究のリーダーであるRommie Amaroも含まれている。今年、彼らがノミネートされた研究は、「呼吸器エアロゾル内のSARS-CoV-2ウイルスの今までにない原子レベルのビューを提供することで、呼吸器ウイルスの空気感染の現在のモデルを完全に改訂すること」を目的としている。

COVID-19に対する効果的な創薬のためのFEPベースの大規模仮想スクリーニング

このプロジェクトでは、中山大学、State Key Laboratory of HPC、天津国立スーパーコンピューティングセンター、中国海洋大学、ケンタッキー大学のチームが、FEP-ABFEと呼ばれる「厳密で正確な」創薬方法を用いた。彼らは、約12,000のタンパク質-リガンド結合システムでスクリーニングを行い、新しいTianheスーパーコンピュータを使って解析を行い、「有意な阻害活性」を持つ50の化合物を同定した。

インテリジェントな解像度：SARS-CoV-2の複製・転写マシナリーの活動を観察するために、クライオ電子顕微鏡とAIを用いたマルチ・レゾリューション・シミュレーションを統合する

最終候補に残ったイリノイ大学、カリフォルニア工科大学、シカゴ大学、アルゴンヌ国立研究所、リーズ大学のチームは、SARS-CoV-2がヒトの細胞内で複製され、ウイルスのmRNAが転写されるプロセスにフォーカスした。この研究では、分子動力学シミュレーション、AI、ワークフローマネージャーを活用して、HPCセンター間の多様なワークロードを処理した。

受賞者およびノミネート者の皆様、おめでとうございます。