L'ordinateur le plus puissant jamais construit aux États-Unis s'installera au Laboratoire national d'Argonne en 2021, le département américain de l'Énergie et Intel ont annoncé aujourd'hui. Aurore, le premier ordinateur exascale des États-Unis, combinera une puissance de traitement sans précédent avec le potentiel croissant de l'intelligence artificielle pour aider à résoudre les défis scientifiques les plus importants et les plus complexes du monde.

En tant qu'ordinateur exascale, Aurora sera capable d'un quintillion - ou d'un milliard de milliards - de calculs par seconde, 50 fois plus rapide que les supercalculateurs les plus puissants d'aujourd'hui. Mais l'impact du système va au-delà d'un traitement de données plus rapide et plus large et s'étend aux nouvelles frontières de la recherche scientifique, dynamiser les approches modernes de l'intelligence artificielle pour trouver de nouveaux traitements contre le cancer, à la recherche de matière noire, cartographier le cerveau humain et d'autres percées massives.

À la livraison, les chercheurs pourront utiliser Aurora grâce aux installations informatiques de pointe d'Argonne, un laboratoire du Département de l'énergie des États-Unis exploité par l'Université de Chicago.

"L'évolution du calcul à grande échelle et l'émergence de l'intelligence artificielle en tant qu'outil efficace créent un potentiel croissant de découvertes transformatrices dans de nombreux domaines, y compris la médecine, ingénierie et physique, " a déclaré Robert J. Zimmer, président de l'Université de Chicago, le président d'Argonne LLC, qui exploite le laboratoire du département américain de l'Énergie. « Amener Aurora en Argonne fournira aux chercheurs d'ici et du monde entier une ressource exceptionnelle pour la recherche scientifique et le développement de technologies futures critiques. »

"Il y a d'énormes avantages scientifiques pour notre nation qui proviennent de collaborations comme celle-ci avec le ministère de l'Énergie, Laboratoire National d'Argonne, partenaires industriels Intel et Cray, et notre étroite association avec l'Université de Chicago, " a déclaré Paul Kearns, directeur du laboratoire national d'Argonne. " Le système Aurora d'Argonne est conçu pour l'intelligence artificielle de nouvelle génération et accélérera la découverte scientifique en combinant le calcul haute performance et l'intelligence artificielle pour résoudre les problèmes du monde réel, comme l'amélioration des prévisions météorologiques extrêmes, accélérer les traitements médicaux, cartographier le cerveau humain, développer de nouveaux matériaux et mieux comprendre l'univers, et ce n'est que le début."

Cartographier le cerveau, personnaliser le traitement du cancer

Grâce à des projets scientifiques précoces conçus pour sonder les capacités futures d'Aurora, Chercheurs UChicago en science des matériaux, la cosmologie et la neurobiologie ont déjà commencé à interroger les nouvelles découvertes rendues possibles par cette machine unique en son genre.

"Aurora va nous permettre d'explorer de nouvelles frontières en intelligence artificielle et en machine learning, " dit Narayanan " Bobby " Kasthuri, professeur adjoint de neurobiologie à l'Université de Chicago et chercheur à Argonne. "Ce sera la première fois que les scientifiques disposeront d'une machine suffisamment puissante pour correspondre au type de calculs que le cerveau peut effectuer."

Les recherches de Kasthuri visent à désosser le cerveau des mammifères, en utilisant des microscopes puissants pour photographier des milliards de cellules et de connexions et des superordinateurs pour reconstruire le câblage complexe du cerveau. Avec une telle carte, les scientifiques pourraient poser des questions sur la façon dont la structure du cerveau entraîne l'apprentissage, comportement et maladie, générer de nouvelles thérapies et comprendre la nature de l'humanité. Mais une carte complète du million de milliards de connexions estimées du cerveau humain ne serait pas moins que le plus grand ensemble de données de l'histoire de l'humanité, nécessitant des calculs à grande échelle pour naviguer.

"Avec l'aide d'Aurora, Je pourrai reconstituer des millions d'images en deux dimensions, reconstruire le cerveau en trois dimensions pour créer une carte du cerveau humain, " a déclaré Kasthuri. " Imaginez les possibilités de changement de jeu d'une ressource où les neuroscientifiques des États-Unis, et finalement dans le monde entier, utiliser ces technologies et infrastructures.

Les capacités d'intelligence artificielle d'Aurora stimuleront un projet répondant à un autre grand défi biomédical, le développement de plus efficaces, traitements personnalisés du cancer. L'environnement d'apprentissage distribué CANcer (CANDLE), une collaboration DOE et National Cancer Institute, étudiera la relation entre les voies moléculaires clés, médicaments cliniques et précliniques, et les réponses des patients pour créer des modèles prédictifs qui permettent de prendre des décisions au niveau des patients sur la meilleure thérapie pour chaque cancer individuel.

La puissance exascale d'Aurora aidera les chercheurs à tester rapidement des modèles complexes impliquant des millions de variables, tandis que son optimisation pour l'intelligence artificielle permet à l'apprentissage automatique de sélectionner et d'affiner automatiquement les stratégies les plus performantes.

"L'équipe CANDLE est ravie de libérer toute la capacité d'Aurora pour aider l'humanité d'une manière impossible auparavant, " a déclaré Rick Stevens, directeur de laboratoire associé pour l'informatique, environnement et sciences de la vie à Argonne, professeur d'informatique à UChicago et chercheur principal sur CANDLE. "La chimiothérapie est disponible depuis environ 75 ans. Cependant, nous n'avons jamais été en mesure de prédire efficacement quels patients y répondront. Concevoir des moyens d'incorporer des informations moléculaires et des informations visuelles pour construire des modèles plus prédictifs aidera à distinguer les tumeurs qui répondront à un médicament donné et celles qui ne le feront pas. Avec le calcul exascale, nous avons une chance de le faire, et cela changera la vie de millions de personnes."

Explorer de plus grands espaces, des atomes aux univers

Les superordinateurs sont particulièrement bien adaptés pour aider les scientifiques à explorer et à simuler d'énormes, des environnements riches en données, des processus au niveau atomique à l'histoire de l'univers entier. Salman Habib, le directeur de la division des sciences informatiques d'Argonne et membre principal du Kavli Institute for Cosmological Physics de l'Université de Chicago, a mené certaines des plus grandes simulations de l'univers jamais réalisées sur un superordinateur. Avec Aurore, il pourra créer des simulations encore plus détaillées qui guideront les expérimentateurs vers les meilleurs endroits pour trouver la matière noire, l'énergie noire et d'autres mystères de l'univers.

« Ceux-ci incluent des simulations très réalistes de la formation des structures dans l'univers, y compris les effets gravitationnels et astrophysiques - comment les conditions initiales très douces du passé lointain se transforment en distributions de matière grumeleuse que nous voyons aujourd'hui, " a déclaré Habib. " Certaines simulations qui ont pris des mois seront effectuées en quelques jours, et plus intéressant, certaines simulations volumineuses et complexes qui ne pourraient pas être réalisées du tout en raison de limitations de mémoire et de performances deviendront possibles."

Aurora stimulera également les efforts pour concevoir les technologies de demain, identifier les matériaux avec les propriétés nécessaires pour construire des batteries plus solides, des panneaux solaires qui convertissent plus efficacement la lumière en énergie, et les ordinateurs quantiques. Les chercheurs pourront également exécuter des modèles moléculaires plus détaillés que jamais pour comprendre la structure et la fonction des protéines cellulaires, révéler de nouvelles cibles thérapeutiques et conduire le développement de médicaments précis.

"Je vois cela plus comme une percée qualitative qu'une simple percée temporelle, " dit Giulia Galli, le professeur de la famille Liew de structure électronique et de simulations à l'Institute for Molecular Engineering et professeur de chimie à l'Université de Chicago. « La véritable percée viendra du calcul de nombreuses propriétés de nombreux matériaux en même temps - d'une manière que nous ne pouvons pas faire aujourd'hui - et qui permettra enfin la conception à l'aide de calculs, techniques atomistiques."

Le contrat Aurora est évalué à plus de 500 millions de dollars et le système sera livré au laboratoire national d'Argonne par Intel et le sous-traitant Cray Computing en 2021.

"Nous avons choisi le nom Aurora parce qu'il englobe notre objectif ambitieux de créer un système qui, dans un certain sens, puisse illuminer le monde, ", a déclaré Stevens. "Cela marque un tournant dans l'histoire du calcul intensif, car l'intelligence artificielle s'intègre dans les systèmes informatiques traditionnels à haute performance à la plus grande échelle connue de l'homme."