抗疫在家,這台超級電腦可助澳大師生研究

文:葉浩男 │ 圖:何杰平、葉浩男、編輯部

疫情期間,無法回校園做研究怎麼辦?幸好有這台超級電腦協助。無論身處何地,澳門大學的研究團隊都可以借助「高性能計算集群」(High-Performance Computing Cluster,HPCC)展開研究。一起聽聽他們如何跟超級電腦成為朋友、合作無間!

澳大學者可在校園內外借助「高性能計算集群」超級電腦展開研究

縮短研究檢測時間

科技學院博士生Faraz Mohammadali Shaikh主要研究藥物設計。他說過去耗時一星期的電腦模擬,在新的HPCC可能只需一天。「我在HPCC設計一些分子結構,並將所有東西圖像化,更能實時觀察模擬運行的情況和速度,就算在校外也可連接HPCC。」

科技學院博士生Faraz Mohammadali Shaikh

Faraz 在2016到牛津大學訪學一年,當時研發出可以令伊波拉病毒失去穩定性的化合物,現時在澳大主要研究「基於機器學習的配體目標活動預測」,當中要使用HPCC模擬一些分子結構與藥物目標(蛋白質)接觸時的反應。「我在牛津大學運行長約1000微秒(1,000,000分之一秒)的類似模擬,大概要15到18天,現時在澳大最多只要5到6天,如果要模擬的系統較為簡單,甚至3.5天就可以。」

Faraz表示,HPCC的運算能力強大,讓他得以短時間進行多次模擬,「我們不單要看模擬時蛋白質有甚麼反應,還要確定這些反應是否真的由藥物造成,而不是一些隨機因素導致的,因此我要模擬好幾次,證實結果每次都是一樣的、可以重複的,才可以發表成果。新的HPCC為我省卻了很多痛苦的等待時間。」

協助開發新材料

2013年加入澳大的潘暉,現時擔任應用物理及材料工程研究院副教授兼物理及化學系主任,一直是澳大HPCC的用戶。「我在澳大舊校團使用過第一代HPCC,只有約400個計算核心,但那時只有幾位老師使用,等待時間不算太長。不過,近年各學院和研究院越來越多研究人員使用HPCC,因此運算能力更強的新一代集群非常重要。」

應用物理及材料工程研究院副教授、物理及化學系主任潘暉(左二)及其研究生

潘教授與10多名研究生開展新材料方面的研究,主要目的是提升採集和儲存能源的效率。「比如說,我們能否找到新的材料製造高效廉價電極材料,替代貴金屬,用於電催化制氫。我們在HPCC上設計一些材料,研究它們的物理和化學性質,希望找到在不同領域的應用。」此外,他的團隊希望設計用於製作電子器件的新材料。「我們在元素週期表上找一些元素,看看原子之間的化學鍵和它們的晶體結構,不斷測試、模擬,看看是否比現有材料更有效。」

潘教授說,如果每次設計材料都先從實驗研究出發,會花費不少人力物力,因此他們先在HPCC設計,並且研究新材料的物理化學性質,從而節省了人力物力。「我們在HPCC發現到好的材料,才再去做實驗、做模型,看看能否申請專利,希望減低成本和加快研發進程。以前可能三個人要半年寫一篇學術論文,有了新的HPCC,可能一個人半年就能寫一篇,受惠於新一代HPCC的論文目前已有約20篇。」

潘教授使用HPCC開展新材料方面的研究

超級電腦用途廣泛

HPCC不是一台單獨的電腦,而是用高速網路連結起來的「集群」,澳大的第三代HPCC集合了超過2,000個計算核心、85台伺服器、34張圖形處理器,配備超大記憶體3TB的計算伺服器,運算能力比2015年啟用的第二代提升超過12.5倍。

放置「高性能計算集群」超級電腦的機房

HPCC還包括超過1,500TB硬碟儲存空間,應付各學院和研究院的需要。資訊及通訊科技部電腦教學暨技術服務處處長石國英(Stanley)說 :「例如健康科學學院有不少研究項目是關於遺傳性疾病和癌症,需要進行DNA測序,而DNA序列數據需要很大的儲存空間,不可能放入個人電腦,一定要在集群儲存。」

資訊及通訊科技部電腦教學暨技術服務處處長石國英(中)及其同事

HPCC目前廣泛用於校內生物醫藥、精準醫療、影像醫學、材料物理、工程設計和仿真分析等領域的研究。澳大研究人員向資訊及通訊科技部提出申請後,可以隨時隨地用自己的電腦登入HPCC。在科技領域以外,澳大近年開始也有人文、社會科學和商科的學者使用HPCC,處理金融交易數據、統計學分析、心理學調查、語言學研究的眼動追蹤數據等,以及訓練相關模型,反映澳大研究廣泛使用大數據分析和深度學習等技術。