客觀日本

雲技術實施超算級別運算,新藥研發更加便宜快速

2022年09月09日 生物醫藥

透過雲技術來確保科學數據分析所需計算資源的做法正在加速之中。美國亞馬遜網路服務公司(AWS)等IT巨頭提供的雲技術,可以不受場所侷限進行超級計算機級別的運算。到2050年,所有的研究人員基本都可以不必顧慮計算資源,全身心地投入研究。

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正在檢查用低溫電子顯微鏡拍攝的蛋白質影像(供圖:日本高能加速器研究機構)

「計算速度提高了六倍,成本降低了60%」,日本高能加速器研究機構(KEK)結構生物學中心主任千田俊哉如此介紹與AWS合作導入雲技術獲得的成果。

爲了研發新藥,該中心於2018年導入了檢查蛋白質結構的「低溫電子顯微鏡」設備,並向合作的大學以及企業開放。

低溫電子顯微鏡需要解析大量的影像,而一些研究機構缺乏計算資源,只好從其他研究機構借用超級計算機等設備,但「客戶集中時,排隊等上一個月的情況也不少見。」(千田主任) 而對擁有超級計算機的研究機構而言,維看護作和人員費用也成了一種負擔。

能夠解決這些問題的正是雲技術。AWS將CPU(中央處理單元)和GPU(圖形處理器)等大量使用的計算資源放在雲端,透過網際網路提供超級計算機級別的計算能力。

以往由於CPU能力 不足,該服務僅限於企業的服務開發等小規模計算用途。2021年起,日本高能加速器研究機構(KEK)與美國亞馬遜網路服務公司(AWS)合作,開始提供研究機構等也可以輕鬆利用的高速計算環境。

例如,過去分析一個蛋白質的結構需要一至兩週的時間,約17萬日元的費用。引入該技術後,所需時間縮短至一至兩天,幾乎不需要排隊等候。而且由於不需要維護,分析成本已降至約5萬日元。近期目標是將成本進一步降至2萬日元。

雲技術的應用範圍廣闊,日本產業技術綜合研究所也在利用AWS的雲技術進行人工智慧(AI)的研究。該技術具備由於可高速進行資料學習資料的能力,AI性能的提高大爲大提高了人工智慧的性能。「美國和歐洲也在國家層面營造創造利用雲技術的環境,加速在各種研究中更好地利用雲技術的動向在加速」(日本亞馬遜網路服務公司執行董事宇佐見潮)。美國微軟和谷歌也在充分利用雲端計算來提供高速計算的環境。

在計算速度方面排名世界第一的日本理化學研究所的超級計算機「富嶽」,也開始對應支援雲服務技術。超級計算機通常每5至7年就需要更新,更新期間研究工作就會停頓下來。另一方面,而在基於雲技術的計算環境中,CPU等雖然也要頻繁更新,但可以透過使用其他CPU確保了冗餘性。

在自然科學領域,「資料驅動型」的研究的越來越重要性不斷提升。這是一種透過分析大量資料來尋找確立新假說的方法。如果能夠減量分析成本和勞動力,就有可能在全世界連續取得劃時代的成果。

需要注意資訊避免泄露資訊

雲服務相關主要動向及未來展望
1997年 美國南加州大學Ramnath Chellappa教授首次提出雲概念
2006年 時任美國谷歌CEO的埃裏克·施密特在發言中提及雲技術,引起世界矚目
2006年 美國亞馬遜公司開始向企業提供雲服務(AWS)
2008年 美國谷歌公司開始提供雲服務
2010年 美國微軟公司開始提供雲服務
2021年 日本高能加速器研究機構在AWS上成功構築了高速分析蛋白質結構的方法
2040年左右 透過雲服務處理研究資料的研究機構將成爲主流
2050年左右 所有的研究人員都可以不必顧慮計算資源而可全身心投入研究

雲技術的便利性以及新冠疫情導致的蘇活族情況的增加,全世界對雲技術的需求越來越大。企業調查公司IDC日本(東京都千代田區)的調查資料表明,2026年,日本雲端計算市場規模將達到10萬9381億日元,將是2021年的2.6倍,在雲端處理的研究資料的用途預計也將大幅增加。另一方面,隨着雲端使用量服務利用量的劇增,隨之而來的是對非法連接還存在未經賦權訪問等而導致造成資訊泄露等的問題的擔心。

根據趨勢科技公司的資料,2021年,日本公佈的雲端和網站發生的資訊泄露事件時間有156起,比2020年增加了約58%。雲端的資訊泄露主要是系統本身存在漏洞以及訪問許可權的錯誤設置等導致了外部可以查看到這些雲端資訊。

就研究資料而言,其本身很少直接具備貨幣金錢價值,因此,「部分資料的泄露並不會馬上造成全部研究内容的公開泄露」(千田)。然而,許多研究機構的研究有許多開發的技術可以轉用於化爲國家專案支援的技術或者武器開發。一旦發生資訊泄露,其有效能損失可能是巨大的。所以儘管利用雲服務技術有很高的便利性,但也需要充分必須注意防止資訊的泄露。

日文:三隅勇氣、《日經產業新聞》,2022年9月2日
中文:JST客觀日本編輯部