Süper bilgisayarlar bilimde yeni kapılar açıyor

Lale Akarun Y
Süper bilgisayarlar bilimde yeni kapılar açıyor

Ülkemizde çeşitli sahtekarlıklarla akademisyen olanlara, politik ayak oyunlarıyla akademik kurumların tepesine çökenlere hayıfl anırken, dünyada bilim korkunç bir hızla ilerliyor. Yapılan çalışmaları izlemek bile zor. Supercomputing konferansında çıkan bir çalışmadan bahsedeyim de, dünyevi meselelerden biraz uzaklaşalım:

“Süperbilgisayar” terimi, çok yüksek hesaplama gücüne sahip bilgisayarları ifade etmek için kullanılıyor. Yüksek hesaplama gücü, zamanla değişen bir büyüklük: 30 sene öncenin yüksek hesaplama gücü, şimdilerde elimizdeki akıllı telefonlara indi. Hesaplama gücünü tarif etmek için kullanılan birim, aritmetik işlem sayısı. Bilgisayarlarda rasyonel sayılar bilimsel gösterim denilen şekilde gösteriliyor ve üs kısmı ile noktadan sonraki ikilik kısım, belli sayıda bit ile temsil ediliyor.

Bunun da değişik versiyonları var. En standart olanı, tüm sayıyı 32 bit ile gösteren tekli hassasiyet. Bilgisayar, bu gösterimdeki sayıları çarpıp toplarken saniyede bu işlemlerden kaç tane yapabiliyor? Bu birime FLOP/s deniyor. Saniyede bunlardan milyon tane yapıyorsa, bu birime MFLOP/s deniyor. Bunun bin katı da Giga. Eskiden MFLOP/ s yüksek hesaplama gücüydü; şimdilerde kişisel bilgisayarların gücü yüzlerce GigaFLOP/ s ile ifade ediyor.


Bundan sonrası, daha az alışık olduğumuz sayılar; milyon kere milyon, yani Tera; milyon kere milyar; yani peta; milyar kere milyar yani Exa. Dünyanın en güçlü bilgisayarı şu anda Japonya’da, Fugaku adlı bir bilgisayar. Gücü saniyede yarım ExaFLOP. Yani bir saniyede beş yüz milyon kere milyar tekli hassasiyette aritmetik işlem yapıyor.

Ne işe yarıyorlar?

Bu kadar kuvvetli bilgisayarlara niçin ihtiyaç duyarız? Okuduğum makale bir hesaplamalı mikroskopi uygulaması. Mikroskoplarla teker teker atomları görüntülemek zor; onun yerine ileri yöntemlerle edinilen bilgileri kullanarak değişik moleküllerin atomlarını bilgisayarda modelliyorlar: Aynı bilgisayar oyunlarındaki gibi, değişik atomlar değişik renklerle boyanıyor ve görüntüleniyor.

Bu modeller çok kullanışlı, çünkü birbirini kapatacak değişik katmanları teker teker soyarak, içerideki yapıları görmek; ya da grup grup görüntülemek mümkün oluyor. Daha da önemlisi, belli kuvvetler altında nasıl davranacaklarını modelleyerek hareketlerini tahmin etmek mümkün. Çalışma, bir aerosol zerreciğinin içindeki tek bir SARS-COV-2 virüsünü bu yolla modelliyor.

COVID hastalığının artık havadan aerosoller yoluyla bulaştığını biliyoruz. Aerosollerin havada nasıl dolaştığı, ne kadar süreyle havada asılı kaldığı hakkında pek çok simülasyon yapıldı. Ancak acaba virüs akciğer sıvısı içinde nasıl korunuyor; ne kadar süreyle bozunmadan kalabiliyor; molekül hareketleri nasıl oluyor, bunu hakkında bilgi yok.

17 değişik kurumdan 52 yazar

Bu makalenin amacı, 1 mikron (milimetrenin binde biri) boyutunda akciğer sıvısı içine hapsedilmiş tek bir SARS-COV-2 virüsünün hareketlerini modellemek. Bunun için SARS-COV-2 molekülünün 300 milyon atomu teker teker modellenmiş. Onunla birlikte, akciğer sıvısında bulunan müsinler ve diğer maddeler de modellenmiş. Hep beraber yaklaşık bir milyar atom. Modellenen virüs, bir delta varyantı. Özellikle delta varyantının nasıl açıldığı ve hücrelere nasıl daha kolay girdiği incelenmiş.

Makalenin bunun hakkında bazı bulguları var ama benim asıl ilgimi çeken, bunun için yapılan hesaplama sayısı: Toplam 2.4 ZetaFLOP. En son ExaFLOP’larda kalmıştık; Zeta bunun da bin katı. Bir zeta dediğimiz sayıda birden sonra 21 sıfır geliyor! Tabii ki bu çalışmanın yapıldığı bilgisayar çok güçlü; ama bu hesaplama yine de birkaç gün sürüyor.

Bilgisayarların bu kadar güçlenmesi, bilimde yepyeni kapılar açıyor; eskiden tahminle bulunmaya çalışılan mekanizmaların her birini denemek mümkün hale geliyor. Tabii ki, yine de, çok değişik uzmanlıkların bir araya gelmesi gerek: Makalede 17 değişik kurumdan 52 yazar var. Böyle büyük çaplı bir çalışma; çok değişik uzmanlıkların bir araya gelmesi ile yapılabiliyor: Mikrobiyologlar; kimyacılar; mühendisler, yazılımcılar. Bu sayede bilimde yeni kapılar açılıyor.

Lale Akarun / akarun@boun.edu.tr

Bu yazı HBT'nin 303. sayısında yayınlanmıştır.

Dommer et al, #COVIDisAirborne: AI-Enabled Multiscale Computational Microscopy of Delta SARSCoV- 2 in a Respiratory Aerosol, Supercomputing ’21, November 14–19, 2021.
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2021.11.12.468428v1.full.pdf

Lale Akarun