去年春天，當世界開始意識到新冠疫情的可怕規模和傳染性時，科學家們開始在理解這種疾病方面取得快速進展。對於許多發現而言，世界一流的超級計算機和資料系統為進展提供了幫助，研究成果以前所未有的效率推進——從理解 SARS-CoV-2 病毒的結構到模擬其傳播，從治療方法到疫苗，從醫療響應到管理病毒的影響。
基於計算機的流行病學模型已為美國和全球各國的公共政策提供了資訊，並且新研究的病毒傳播模型正被用於預測縣級按年齡組分層的資源可用性和死亡率。人工智慧和機器學習方法解決了藥物篩選問題，從數萬億種可能的化合物中尋找候選藥物，並且對患者群體之間的差異基因表達進行了分析，這對治療計劃具有重要的意義。病毒的結構建模也帶來了新的見解，加速了疫苗和抗原的開發。
對基礎研究和基礎設施的長期投資，以及快速利用資源應對危機的能力，是COVID-19 高效能計算 (HPC) 聯盟取得這些成果的基礎。然而，這次疫情不會是我們面臨的最後一次危機，而吸取的一個重要教訓是為未來的突發事件做好準備的重要性。
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現在，HPC 背後的領導者正在提議建立一個國家戰略計算儲備 (NSCR)，它將提供資金、人才和網路基礎設施，供研究人員在未來危機——無論是流行病、創紀錄的野火還是嚴重的風暴——出現時訪問。
一個用於對抗新冠的超級計算網路
HPC 聯盟於 2020 年 3 月 23 日啟動，並在白宮科技政策辦公室、美國國家科學基金會、美國能源部和 IBM 決定調動來自政府、學術界、非營利組織和行業的超級計算資源和專業知識後一週內投入執行。
該聯盟迅速吸引了新的研究提案，以及額外的資源和服務提供商，現在已遍佈三大洲——一些國家正在開展以最初聯盟為藍本的自身活動。目前，43 個成員提供的總計算能力超過地球上任何單個系統，相當於每秒 1015 次計算操作。這是一個強大的工具，研究人員正在繼續取得進展。
該聯盟的成功建立在政府機構、公司、大學和非營利組織對先進計算、網路基礎設施和基礎研究數十年的戰略投資之上。它的快速和敏捷建立反映了共同的緊迫感以及經驗和信任的基礎。這種合作需要分散的協調和靈活性，NSF 已經率先開發了一種運營模式，近四十年來，該機構一直在學術界、工業界和機構合作伙伴的支援下，構建、管理和維護國家先進計算基礎設施。強大的計算機、高速網路、複雜的軟體和海量資料集合相結合，支援了突破性的科學，包括引力波的探測和黑洞的第一張影像，並促成了諸如北極的詳細測繪和哈維颶風過後密西西比河下游的風暴潮預報等成就。
確保基礎設施在新危機出現時就位
NSCR 將建立在這些屬性之上，支援未來應急響應的緊急計算需求。它將立即可用，並配備必要的軟體、資料、服務和技術專業知識——快速計算響應的所有要素。這種計算儲備將增強國家的彈性，就像戰略石油儲備加深了國家能源基礎設施的彈性一樣。
OSTP 領導的國家未來先進計算生態系統戰略計劃中概述了實現該目標的一條途徑。該計劃提出了一個協調一致的方法，以開發國家的下一代先進計算生態系統，使其成為一個戰略資源，繼續跨越政府、學術界、非營利組織和行業。最近，關於 NSCR 概念的多機構資訊徵詢為機構探索後續步驟提供了富有洞察力的意見。
這些想法仍處於萌芽階段，但一些引數是明確的：速度和敏捷性至關重要，參與者之間的協議、運營結構和流程，以及啟動儲備以及恢復正常執行的標準的商定“觸發器”也很重要。透過定期測試和演習確保就緒狀態，以及與領域專家和其他相關儲備進行協調和合作的需求是其他重要因素。一支能夠開發、運營並幫助科學家使用這些系統的訓練有素的勞動力也至關重要。最後，任何此類儲備都必須建立在多樣化資源的基礎之上，而這隻能透過對國家先進網路基礎設施的長期戰略投資來建立。
全球氣候變化、人口壓力和環境壓力是我們預計未來會發生緊急情況的一些原因，無論這些情況包括另一次疫情；嚴重的風暴以及隨之而來的洪水和其他對公共健康和安全的威脅，例如我們在墨西哥灣和密西西比河下游看到的情況；或者像最近肆虐加利福尼亞部分地區並降低了遠超火災影響區域的空氣質量的野火。在所有這些例子中，使用大規模計算模型和資料的能力都被證明對於動員有效應對和挽救生命至關重要。
COVID-19 HPC 聯盟證明了計算和資料分析的重要作用，以及在應對國家危機時快速將這些資源交給專家的重要性。最近出現的變異毒株，甚至是更具侵略性的 SARS-CoV-2 病毒毒株，提醒人們新的危機可能會比人們預期的更早到來。然而，透過有組織、敏捷和持續的方法來啟用國家戰略計算儲備，並繼續投資於研究和先進網路基礎設施，我們將做好準備。
本材料中表達的任何觀點均為作者的觀點，不一定反映國家科學基金會的觀點。
這是一篇觀點和分析文章。