2013 במדע: מיחשוב-על ירוק, ביג-דטה בחלל ופרס נובל לחלוצי הביולוגיה החישובית

זו לא חוכמה לבנות מחשב-על חזק יותר וגדול יותר. אולם, ככל שמתקינים עוד מעבדים ועוד זיכרונות, חשבון החשמל עולה בהתאמה – וזה האתגר הגדול של התחום. אחד הפתרונות המסקרנים לבעיה הגיע השנה מאוניברסיטת קיימברידג' שבבריטניה, שם נבנה מחשב-העל "הירוק ביותר מסוגו". המחשב, שמכונה וילקס על שמו של חלוץ המיחשוב מוריס וילקס, ישמש לפיתוח מערך רדיו-טלסקופים בשטח של קילומטר מרובע, שכאשר יושלם יהיה טלסקופ הרדיו הגדול ביותר שנבנה אי פעם.

עוצמתו של מחשב-העל וילקס שוות ערך לכ-4,000 מחשבים אישיים הפועלים יחדיו, נתון הממצב אותו במקום ה-166 ברשימת מחשבי-העל החזקים ביותר בעולם. עם זאת, בהיבט צריכת האנרגיה, ממוצב וילקס גבוה הרבה ביותר. "צריכת האנרגיה היא האתגר הגדול ביותר במחשבי-על היום, והמערכת החדשה שלנו עושה צעד חשוב קדימה בסוגיה זו", אמר ד"ר פול קלג'ה, מנהל שירות המיחשוב עתיר הביצועים בבריטניה.

תחום המדע, כידוע, הוא יצרן גדול של נתונים לעיבוד במחשבי-על. כך, למשל, עברנו בשנה החולפת את סך אלף כוכבי הלכת שהתגלו מחוץ למערכת השמש במשך 21 השנים האחרונות. כדי להגיע למספר הזה, היו צריכים מספר טלסקופי חלל לצפות בו זמנית במאות אלפי כוכבים לאורך שבועות וחודשים, כדי לזהות שונות – ולו הקטנה ביותר – בעוצמת אורו של הכוכב. במידה שהשונות מתגלה כמחזורית, הדבר מעיד על קיומו של כוכב לכת שחלף בינינו ובין השמש שלו.

מי שעוקבים אחר כל ההתפתחויות הללו ומנתחים את כמויות המידע האדירות, הם כמה ממחשבי-העל החזקים ביותר בעולם. כך, רק לאחר שכוכב מסוים אותר על ידי המחשב כבעל מערכת כוכבי לכת, עוברים המדענים לבצע תצפיות ידניות. חלק מהטלסקופים, ובראשם קפלר של סוכנות החלל האירופאית, פסקו בינתיים לפעול עקב תקלות, אולם הם הורישו לנו כמויות מידע כמעט דמיוניות, המעלות צורך בביצוע תצפיות מעקב אחר אלפי "מועמדים" לכוכבי לכת.

אבל לא תמיד צריך את המחשב החזק ביותר, או אפילו את המחשב החדש ביותר. מחשב ה-"גולם" של מכון ויצמן, שנבנה בשנות ה-70, הביא את מי שניצלו אותו לחישוביות של תחום מורכב – מבנה של מולקולות אורגניות – אל בימת פרס נובל בשטוקהולם. הזוכים השנה היו כמובן פרופ' אריה ורשל, פרופ' מיכאל לויט ופרופ' מרטין קרפלוס – שעימו המשיך ורשל את העבודה שהתחיל במכון ויצמן במסגרת הפוסט-דוקטורט שלו.

בדברי ההסבר לזכיה, אמר גונאר קראלסטרום, ראש הוועדה שבחרה את חתני פרס נובל לכימיה, כי שלושה דברים התחברו יחד אצל הזוכים שהביאו לפרס: "ראשית, קו הגבול בין הכימיה והביולוגיה השתנה לחלוטין, אמר. היום, הכימיה היא המדע של החיים והשפה של הכימיה הפכה לשפה שבה כימאים, ביולוגים ומומחי רפואה מדברים בה כדי לתאר את תהליך החיים. שנית, הכימיה עברה תיאורטיזציה. הגבולות בין הכימיה והפיסיקה כמעט נעלמו והיום. הכימאים אימצו חלק משפת הפיסיקה".

השינוי השלישי, אמר קראלסטרום, "התרחש בחברה שלנו, כמו גם בכימיה. המחשבים שינו לחלוטין היבטים רבים בחיינו. כיום אנו כמעט לא יכולים לרכוש מכונית, מכונת כביסה או כל מכשיר אחר ללא מחשב. המחשבים משמשים אותנו בכל תחומי החיים, ובעיקר כשזה מגיע למידול מערכות ותהליכים כימיים, המבוססים על משוואות שיובאו מהפיסיקה. מידול זה דורש משאבי מיחשוב גדולים מאוד, והבחירה של המשוואות חיונית".

לדבריו, "מאפייני ההתפתחות המשולבת של שלושת התחומים הללו מגולמים בזוכי הנובל השנה. בשלבים הראשונים הם הבינו את חשיבות המיחשוב ופיתחו מודלים ממוחשבים יעילים, המבוססים על תיאוריות השאולות מתחום הפיסיקה, שהותאמו לתיאור מערכות ותהליכים כימיים. המודלים והרעיונות שלהם יכולים לשמש בכל התחומים של הפיסיקה, אך אולי ההשפעה הגדולה ביותר היא על הביוכימיה והביולוגיה המולקולרית. אחד ההיבטים החשובים ביותר של עבודתם הוא המידול התיאורטי של מערכות כימיות, שנתן לנו תשובה לשאלה מדוע תהליכים מתרחשים או לא מתרחשים ואיפשר לנו לשפר את ביצועי האנזימים או הזרזים".