去年春天，当世界开始意识到新冠疫情的可怕规模和传染性时，科学家们开始在理解这种疾病方面取得快速进展。对于许多发现而言，世界一流的超级计算机和数据系统为进展提供了帮助，研究成果以前所未有的效率推进——从理解 SARS-CoV-2 病毒的结构到模拟其传播，从治疗方法到疫苗，从医疗响应到管理病毒的影响。
基于计算机的流行病学模型已为美国和全球各国的公共政策提供了信息，并且新研究的病毒传播模型正被用于预测县级按年龄组分层的资源可用性和死亡率。人工智能和机器学习方法解决了药物筛选问题，从数万亿种可能的化合物中寻找候选药物，并且对患者群体之间的差异基因表达进行了分析，这对治疗计划具有重要的意义。病毒的结构建模也带来了新的见解，加速了疫苗和抗原的开发。
对基础研究和基础设施的长期投资，以及快速利用资源应对危机的能力，是COVID-19 高性能计算 (HPC) 联盟取得这些成果的基础。然而，这次疫情不会是我们面临的最后一次危机，而吸取的一个重要教训是为未来的突发事件做好准备的重要性。
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现在，HPC 背后的领导者正在提议建立一个国家战略计算储备 (NSCR)，它将提供资金、人才和网络基础设施，供研究人员在未来危机——无论是流行病、创纪录的野火还是严重的风暴——出现时访问。
一个用于对抗新冠的超级计算网络
HPC 联盟于 2020 年 3 月 23 日启动，并在白宫科技政策办公室、美国国家科学基金会、美国能源部和 IBM 决定调动来自政府、学术界、非营利组织和行业的超级计算资源和专业知识后一周内投入运行。
该联盟迅速吸引了新的研究提案，以及额外的资源和服务提供商，现在已遍布三大洲——一些国家正在开展以最初联盟为蓝本的自身活动。目前，43 个成员提供的总计算能力超过地球上任何单个系统，相当于每秒 1015 次计算操作。这是一个强大的工具，研究人员正在继续取得进展。
该联盟的成功建立在政府机构、公司、大学和非营利组织对先进计算、网络基础设施和基础研究数十年的战略投资之上。它的快速和敏捷建立反映了共同的紧迫感以及经验和信任的基础。这种合作需要分散的协调和灵活性，NSF 已经率先开发了一种运营模式，近四十年来，该机构一直在学术界、工业界和机构合作伙伴的支持下，构建、管理和维护国家先进计算基础设施。强大的计算机、高速网络、复杂的软件和海量数据集合相结合，支持了突破性的科学，包括引力波的探测和黑洞的第一张图像，并促成了诸如北极的详细测绘和哈维飓风过后密西西比河下游的风暴潮预报等成就。
确保基础设施在新危机出现时就位
NSCR 将建立在这些属性之上，支持未来应急响应的紧急计算需求。它将立即可用，并配备必要的软件、数据、服务和技术专业知识——快速计算响应的所有要素。这种计算储备将增强国家的弹性，就像战略石油储备加深了国家能源基础设施的弹性一样。
OSTP 领导的国家未来先进计算生态系统战略计划中概述了实现该目标的一条途径。该计划提出了一个协调一致的方法，以开发国家的下一代先进计算生态系统，使其成为一个战略资源，继续跨越政府、学术界、非营利组织和行业。最近，关于 NSCR 概念的多机构信息征询为机构探索后续步骤提供了富有洞察力的意见。
这些想法仍处于萌芽阶段，但一些参数是明确的：速度和敏捷性至关重要，参与者之间的协议、运营结构和流程，以及启动储备以及恢复正常运行的标准的商定“触发器”也很重要。通过定期测试和演习确保就绪状态，以及与领域专家和其他相关储备进行协调和合作的需求是其他重要因素。一支能够开发、运营并帮助科学家使用这些系统的训练有素的劳动力也至关重要。最后，任何此类储备都必须建立在多样化资源的基础之上，而这只能通过对国家先进网络基础设施的长期战略投资来建立。
全球气候变化、人口压力和环境压力是我们预计未来会发生紧急情况的一些原因，无论这些情况包括另一次疫情；严重的风暴以及随之而来的洪水和其他对公共健康和安全的威胁，例如我们在墨西哥湾和密西西比河下游看到的情况；或者像最近肆虐加利福尼亚部分地区并降低了远超火灾影响区域的空气质量的野火。在所有这些例子中，使用大规模计算模型和数据的能力都被证明对于动员有效应对和挽救生命至关重要。
COVID-19 HPC 联盟证明了计算和数据分析的重要作用，以及在应对国家危机时快速将这些资源交给专家的重要性。最近出现的变异毒株，甚至是更具侵略性的 SARS-CoV-2 病毒毒株，提醒人们新的危机可能会比人们预期的更早到来。然而，通过有组织、敏捷和持续的方法来激活国家战略计算储备，并继续投资于研究和先进网络基础设施，我们将做好准备。
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