GPU как вычислительная платформа для Нобелевских открытий

Не каждый день GPU помогают исследователям получить Нобелевскую премию. На этой неделе графическим процессорам удалось это сделать дважды.

В понедельник трое американских физиков— Рейнер Вайс, Бэрри Бэриш и Кип Торн — удостоились высокой награды за обнаружение гравитационных волн, существование которых еще больше ста лет назад предсказал Альберт Эйнштейн.

Во вторник международная команда химиков —  Жак Дюбоше, Йоахим Франк и Ричард Хендерсон — получила премию за развитие криоэлектронной микроскопии, которая позволяет получать подробные изображения белков, ответственных за работу внутренних механизмов клетки.

Эти достижения позволили еще ближе подойти как к разгадке тайн космоса, так и к пониманию загадок человеческого тела.

Нобелевская премия присуждена методу, который называется криоэлектронная микроскопия (Cryo-EM), в работе которого графические процессоры применяются для ускорения вывода изображений и построения 3D макромолекулярных структур. С помощью метода Cryo-EM ученые могут замораживать движение молекул и получать их изображение в атомарном разрешении. Это позволило впервые получить возможность наблюдать за многими биологическими процессами.

С помощью метода Cryo-EM ученые получают огромное количество изображений высокого разрешения. Для обработки и получения 3D изображений используется открытая, ускоряемая на GPU программа RELION (REgularised LIkelihood OptimisatioN).

Метод Cryo-EM помогает ученым лучше понимать болезни, чтобы, например, создавать действенные лекарства. С помощью этого метода исследователи изучают структуру белков, вызывающих устойчивость к антибиотикам, воспроизводят 3D структуру фермента, связанного с болезнью Альцгеймера, а в прошлом году этот метод помог в изучении вызываемого комарами вируса Зика.

Данный метод помог команде лауреатов премии в определении структуры белков, связанных с биологическими часами человека. Именно этот прорыв и был отмечен Нобелевской наградой по химии 2017. В 2015 году журнал Nature Methods назвал Cryo-EM «методом года».