诺贝尔化学奖和物理奖颁发给获得 GPU 支持的团队

by 英伟达中国

在日常工作中,并不是你所做的工作每天都能帮人赢得诺贝尔奖。本周,GPU 计算两次实现了这个目标。

星期二,国际化学家团队(Jacques Dubochet、Joachim Frank 和 Richard Henderson)因其在低温电子显微镜方面做出的突出成绩而获得诺贝尔化学奖,他们的研究工作让科学家们看到了驱动细胞内在工作机制的详细蛋白质结构。

星期一,美国物理学家三人组(Rainer Weiss、Barry Barish 和 Kip Thorne)因检测引力波(阿尔伯特·爱因斯坦在一个多世纪以前预测的现象)而获得了科学界最负盛名的荣誉。

这些突出成绩是我们在了解宇宙以及自身体内细胞的基础上取得的重大进展。在瑞典皇家科学院(授予诺贝尔奖的机构)于本周认可这两项成就之前,它们就已占据了新闻头条。

Structure of the alcohol oxidase enzyme, visualized by Cryo-Em.
酒精氧化酶结构(由低温电子显微镜可视化)。图片来源:J.Vonck、D.Parcej 和 D.Mills。

内在世界

诺贝尔化学奖颁给了一项称为低温电子显微镜的技术,此项技术部分依赖 GPU 加快图片处理速度和 3D 大分子结构重现速度。

众所周知,借助低温电子显微镜,研究人员现在可以冻结中速运动的分子,并在原子级分辨率下描绘它们,观察以前从没有见过的生物过程。

这将进一步了解生命化学,并且是发现新药物的关键。“这种方法将生物化学推向新纪元。”诺贝尔奖委员会发表声明说。

科学家们在低温电子显微镜下捕捉到了大量高分辨率图片。他们利用 RELION(REgularised LIkelihood OptimisatioN,发音为 rely-on)这一 GPU 加速开源软件平台来处理和重现 3D 图片。

低温电子显微镜已经在帮助科学家们更好地了解疾病。他们已经使用此项技术探索产生耐药性的蛋白质架构,推导与阿尔茨海默病相关的酶的 3D 结构,并在去年了解了蚊子传播的寨卡病毒。

一个研究团队使用相同的技术弄清了涉及人类生物钟的蛋白质结构,今年的诺贝尔医学奖认可了这一进步。

2015 年,Nature Methods杂志授予低温电子显微镜“年度方法”的称号。

这个计算机模拟结果显示了两个黑洞的碰撞,这是 LIGO 首次检测到的超强活动。图片由 Simulating eXtreme Spacetimes 项目提供。

大事件

相比之下,诺贝尔物理奖结束了长达几十年对引力波(一个多世纪以前预测的现象,首次通过激光干涉仪引力波天文台观察到)的探索。

引力波(时空结构中的涟漪)是由黑洞碰撞等活动引起的,它使得检测引力波的能力成为更好地了解宇宙的关键。

在斯德哥尔摩宣布这项奖项时,诺贝尔委员会代表称其为“震撼世界的发现”。

为了支持这项工作,GPU 扮演着重要角色,负责处理汉福德、华盛顿和路易斯安那州利文斯顿的 LIGO 天文台收集的数据,帮助人类在 2015 年成功检测到首批引力波。

在大量碰撞的黑洞对产生的振动在五分之一秒内以不断增强的“唧唧声”猛烈撞击路易斯安娜和华盛顿的探测器时,研究人员刚启用更为先进的 LIGO 版本。剧烈碰撞产生的引力波用了 13 亿年才到达 LIGO 探测器。

除了确认爱因斯坦相对论的核心元素之外,这一发现还基于对引力波的研究开创了新的天文学形式。自 2015 年以来,LIGO 已经探测到了其他三道引力波,这些引力波都是由黑洞碰撞产生的。

如需了解有关低温电子显微镜、RELION GPU的更多信息,请于 10 18 日上午 11 点(太平洋时间)参加我们的在线研讨会。

精选图片来源:Adam Baker 通过 Flickr 提供