Den mest kraftfulla datorn som någonsin byggts i USA kommer att göra sitt hem på Argonne National Laboratory 2021, det amerikanska energidepartementet och Intel meddelade idag. Aurora, USA:s första exascale dator, kommer att kombinera oöverträffad processorkraft med den växande potentialen hos artificiell intelligens för att hjälpa till att lösa världens viktigaste och mest komplexa vetenskapliga utmaningar.

Som en exascale dator, Aurora kommer att kunna göra en kvintiljon – eller en miljard miljarder – beräkningar per sekund, 50 gånger snabbare än dagens mest kraftfulla superdatorer. Men effekten av systemet går utöver snabbare och större databehandling till nya gränser för vetenskaplig forskning, överladdning av moderna metoder för artificiell intelligens för att hitta nya cancerbehandlingar, letar efter mörk materia, kartläggning av den mänskliga hjärnan och andra massiva genombrott.

Vid leverans, forskare kommer att kunna använda Aurora genom ledarskapsdatorfaciliteterna i Argonne, ett US Department of Energy-laboratorium som drivs av University of Chicago.

"Utvecklingen av storskalig beräkning och framväxten av artificiell intelligens som ett effektivt verktyg skapar en växande potential för transformativa upptäckter inom många områden, inklusive medicin, teknik och fysik, " sade University of Chicagos president Robert J. Zimmer, ordförande för Argonne LLC, som driver labbet åt det amerikanska energidepartementet. "Att ta med Aurora till Argonne kommer att ge forskare här och de från hela världen en exceptionell resurs för vetenskaplig forskning och utveckling av kritisk framtidsteknologi."

"Det finns en enorm vetenskaplig nytta för vår nation som kommer från samarbeten som detta med Department of Energy, Argonne National Laboratory, industripartners Intel och Cray, och vårt nära samarbete med University of Chicago, ", sa Argonne National Laboratory Director Paul Kearns. "Argonnes Aurora-system är byggt för nästa generations artificiell intelligens och kommer att påskynda vetenskapliga upptäckter genom att kombinera högpresterande beräkningar och artificiell intelligens för att lösa verkliga problem, som att förbättra extremväderprognoser, påskynda medicinska behandlingar, kartlägga den mänskliga hjärnan, utveckla nya material och ytterligare förstå universum - och det är bara början."

Kartläggning av hjärnan, anpassa cancerbehandling

Genom tidiga vetenskapsprojekt utformade för att undersöka Auroras framtida kapacitet, UChicago forskare inom materialvetenskap, kosmologi och neurobiologi har redan börjat förhöra de nya upptäckterna som denna unika maskin möjliggör.

"Aurora kommer att göra det möjligt för oss att utforska nya gränser inom artificiell intelligens och maskininlärning, " sa Narayanan "Bobby" Kasthuri, biträdande professor i neurobiologi vid University of Chicago och forskare vid Argonne. "Det här kommer att vara första gången forskare har haft en maskin kraftfull nog att matcha den typ av beräkningar som hjärnan kan göra."

Kasthuris forskning syftar till att reverse engineering av däggdjurshjärnan, använda kraftfulla mikroskop för att fotografera miljarder celler och anslutningar och superdatorer för att rekonstruera hjärnans invecklade ledningar. Med en sådan karta, forskare kunde ställa frågor om hur hjärnans struktur driver inlärning, beteende och sjukdom, generera nya terapier och insikter om mänsklighetens natur. Men en komplett karta över den mänskliga hjärnans uppskattade miljoner miljarder anslutningar skulle inte vara mindre än den största datamängden i mänsklighetens historia, kräver beräkning i extrem skala för att navigera.

"Med hjälp av Aurora, Jag kommer att kunna sätta ihop miljontals tvådimensionella bilder, rekonstruera hjärnan i tre dimensioner för att skapa en karta över den mänskliga hjärnan, " Sa Kasthuri. "Föreställ dig de spelförändrande möjligheterna med en resurs där neuroforskare runt om i USA, och slutligen runt om i världen, använda sådan teknik och infrastruktur."

Den artificiella intelligensen hos Aurora kommer att stärka ett projekt som tar itu med en annan stor biomedicinsk utmaning, utveckling av mer effektiva, personliga behandlingar för cancer. The CANcer Distributed Learning Environment (CANDLE), ett samarbete mellan DOE och National Cancer Institute, kommer att studera sambandet mellan viktiga molekylära vägar, kliniska och prekliniska läkemedel, och patientsvar för att skapa prediktiva modeller som möjliggör beslut på patientnivå om den bästa behandlingen för varje enskild cancer.

Auroras exascale kraft kommer att hjälpa forskare att snabbt testa komplexa modeller som involverar miljontals variabler, medan dess optimering för artificiell intelligens tillåter maskininlärning att automatiskt välja och förfina de bäst presterande strategierna.

"CANDLE-teamet är glada över att släppa lös Auroras fulla förmåga att hjälpa mänskligheten på ett omöjligt sätt tidigare, sa Rick Stevens, biträdande laboratoriechef för datorer, miljö och livsvetenskap vid Argonne, professor i datavetenskap vid UChicago och huvudforskare på CANDLE. "Kemoterapi har varit tillgänglig i cirka 75 år. vi har aldrig kunnat förutsäga effektivt vilka patienter som kommer att svara på det. Att ta fram sätt att införliva molekylär information och visuell information för att bygga mer prediktiva modeller kommer att hjälpa till att skilja vilka tumörer som kommer att svara på ett givet läkemedel och de som inte gör det. Med exascale beräkning, vi har en chans att göra det, och det kommer att förändra livet för miljontals människor."

Utforska större utrymmen, från atomer till universum

Superdatorer är särskilt väl lämpade för att hjälpa forskare att utforska och simulera enorma, datarika miljöer – från processer på atomnivå till hela universums historia. Salman Habib, chefen för Argonnes Computational Science Division och senior medlem av Kavli Institute for Cosmological Physics vid University of Chicago, har genomfört några av de största simuleringarna av universum som någonsin gjorts på en superdator. med Aurora, han kommer att kunna skapa ännu mer detaljerade simuleringar som guidar experimentalister till de bästa platserna att hitta mörk materia, mörk energi och andra mysterier i universum.

"Dessa inkluderar mycket realistiska simuleringar av strukturbildning i universum inklusive gravitationella och astrofysiska effekter - hur de mycket jämna initiala förhållandena i det avlägsna förflutna förvandlas till de klumpiga materiefördelningar vi ser idag, ", sa Habib. "Vissa simuleringar som tog månader kommer att utföras på dagar, och mer intressant, några stora och komplexa simuleringar som inte kunde göras alls på grund av minnes- och prestandabegränsningar kommer att bli möjliga."

Aurora kommer också att stimulera ansträngningar för att designa morgondagens teknologier, hitta material med de egenskaper som behövs för att bygga starkare batterier, solpaneler som mer effektivt omvandlar ljus till energi, och kvantdatorer. Forskare kommer också att kunna köra mer detaljerade molekylära modeller än någonsin för att förstå strukturen och funktionen hos cellulära proteiner, avslöjar nya terapeutiska mål och driver utvecklingen av exakta läkemedel.

"Jag ser det här mer som ett kvalitativt genombrott än bara ett tidsgenombrott, sade Giulia Galli, familjen Liew professor i elektronisk struktur och simuleringar vid Institutet för molekylär teknik och professor i kemi vid University of Chicago. "Det verkliga genombrottet kommer genom beräkningen av många egenskaper hos många material samtidigt - på ett sätt som vi inte kan göra idag - och det kommer äntligen att möjliggöra design med hjälp av beräknings-, atomistiska tekniker."

Aurora-kontraktet värderas till över 500 miljoner dollar och systemet kommer att levereras till Argonne National Laboratory av Intel och underleverantören Cray Computing 2021.

"Vi valde namnet Aurora eftersom det omfattar vårt ambitiösa mål att skapa ett system som i någon mening kan belysa världen, ", sa Stevens. "Detta markerar en vändpunkt i superdatorns historia när artificiell intelligens blir integrerad i traditionella högpresterande datorsystem i den största skala som människan känner till."