doi.org/10.1063/5.0226437
Credibilidade: 999
#Química
Uma iniciativa inovadora do Departamento de Energia dos EUA e da Microsoft promete transformar a computação científica com o uso da tecnologia de nuvem, oferecendo ferramentas mais rápidas e versáteis para a química computacional e a pesquisa ambiental.
Alguns desafios de computação são tão enormes que precisam de uma abordagem completa. Uma equipe diversificada de cientistas e especialistas em computação, liderada pelo Laboratório Nacional do Noroeste do Pacífico (PNNL), em parceria com a Microsoft e outros laboratórios e universidades, está trabalhando para tornar os recursos avançados de computação em nuvem mais acessíveis para um público maior.
Essa iniciativa, detalhada em um artigo publicado hoje (21 de outubro) no *The Journal of Chemical Physics*, mostra um plano para mover os recursos de computação científica para um ecossistema sustentável que evolui conforme a tecnologia avança. A pesquisa indica que a computação em nuvem oferece uma alternativa flexível e eficiente para complementar os potentes centros de computação de alto desempenho, que sempre foram essenciais para a pesquisa científica.
“Esse é um novo modelo para a computação científica”, disse o químico computacional Karol Kowalski, do PNNL, que liderou o esforço. “Mostramos que é possível combinar software como serviço com recursos de computação em nuvem. Esse teste inicial demonstra que a nuvem pode oferecer várias opções para complementar e apoiar a computação de alto desempenho na solução de problemas científicos complexos.”
Revolucionando a Química com Tecnologia de Nuvem
A nuvem já vai muito além de ser apenas um lugar para guardar fotos e documentos. Hoje, a indústria de computação oferece “computação como serviço” para empresas de finanças, farmacêuticas, entre outras. Nessa iniciativa, a equipe focou em levar para a nuvem algoritmos complexos usados para verificar se novos produtos químicos são viáveis para a indústria, como polímeros avançados e revestimentos de superfícies.
O projeto, chamado *Transferring Exascale Computational Chemistry to Cloud Computing Environment and Emerging Hardware Technologies* (TEC4), baseia-se no impulso da comunidade de química computacional para disponibilizar recursos de computação para os usuários, reconhecendo a necessidade de adaptar o software continuamente para acompanhar tanto as necessidades científicas quanto a evolução do hardware.
No artigo mais recente, a equipe forneceu dados sobre o desempenho de algoritmos tradicionais, como o software NWChem, e dos mais recentes, projetados para aproveitar os processadores gráficos (GPUs) mais avançados. Os resultados mostraram que a velocidade e a flexibilidade da nuvem permitem concluir trabalhos de química computacional avançada em dias, em vez de meses.
Esforços Colaborativos para Descobertas Rápidas
“O objetivo da Microsoft é capacitar a comunidade científica para acelerar descobertas,” disse Nathan Baker, líder de produto do *Azure Quantum Elements* da Microsoft. “Essa colaboração com o PNNL é um ótimo exemplo de como ferramentas modernas de inteligência artificial (IA) e computação de alto desempenho (HPC) podem avançar a química computacional.”
Nos últimos anos, a química computacional demonstrou sua capacidade não só de resolver desafios científicos complexos, mas também de orientar experimentos e permitir previsões. Os desafios mais difíceis são melhor resolvidos com os recursos disponíveis nas instalações de computação de ponta do DOE, especialmente os computadores exascale (ultrapoderosos).
À medida que as ferramentas e técnicas evoluíram, o tempo e o custo para encontrar soluções também aumentaram. A liderança do TEC4 reconheceu que a computação em nuvem e a colaboração com a indústria ofereciam uma oportunidade para acessar recursos computacionais para uma variedade maior de problemas.
Construindo um Ecossistema Computacional Sustentável:
Por exemplo, a equipe usou o Microsoft Azure e fluxos de trabalho sofisticados para investigar a dinâmica molecular de problemas químicos complexos. Essas simulações são úteis para estudar reações difíceis de observar em laboratório. Essa ferramenta poderosa, que examina as interações moleculares no nível atômico, requer muitos recursos de computação. A equipe mostrou um caminho para quebrar um poluente ambiental persistente, o ácido perfluorooctanoico. É um exemplo de como a química computacional pode ser usada para criar estratégias reais para a descontaminação ambiental.
“Nós imaginamos um ecossistema de casos de uso, desde trabalhos simples até os mais complexos, que aproveitam a computação baseada em GPU, hoje amplamente usada para IA e machine learning,” disse Kowalski. “Queremos permitir que os usuários aproveitem diferentes camadas de computação, pagando apenas pelo necessário e combinando o acesso ao software com a computação. Esse é o primeiro passo para esse futuro.”
A equipe está buscando novos colaboradores, tanto desenvolvedores quanto usuários, para construir uma base de testes para o novo ecossistema na nuvem.
“Estamos construindo uma ‘família’ de códigos,” acrescentou Kowalski. “O objetivo é criar uma comunidade em torno desse esforço.”
Nesse sentido, a equipe apresentou um plano para treinar estudantes que saibam usar essas ferramentas, ajudando preparando cientistas para o futuro da computação científica. A colaboração levou à criação de um novo curso na Universidade do Texas em El Paso, em parceria com a Universidade Central de Michigan e o PNNL, com início previsto para o outono de 2024.
Publicado em 23/10/2024 10h19
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