Immaginate di avere un computer così potente che, oltre a risolvere complessi problemi scientifici, potrebbe anche dirvi quante volte avete dimenticato le chiavi... e quante probabilità ci sono che succeda di nuovo. Ecco, questo è il calcolo esascala: la nuova frontiera tecnologica che sta rivoluzionando il mondo della biofisica computazionale.
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un recente articolo pubblicato su Biophysical Journal, Marcelo Melo e Rafael Bernardi ci portano in un viaggio attraverso le incredibili opportunità e le sfide di questa tecnologia, spiegando cosa significhi questa rivoluzione per la biofisica computazionale, il ramo della scienza che usa i supercomputer per studiare i segreti più profondi della vita, come il comportamento delle proteine, il funzionamento delle cellule o perché il nostro corpo insiste a volerci svegliare prima della sveglia: no, quella è l’ansia, la conosco bene!
Ma cosa è il calcolo esascala? Beh, se partiamo dal calcolo petascala, diciamo che l’esascala ne è il fratello maggiore palestrato: parliamo di computer in grado di eseguire un quintilione di operazioni al secondo. Per mettere in prospettiva, è come se ogni persona sulla Terra facesse un milione di calcoli... ogni secondo... contemporaneamente. Impressionante, no?
E cosa possiamo fare con questa potenza? Nel caso della biofisica, possiamo finalmente affrontare problemi che fino a ieri sembravano fantascienza: simulare il comportamento delle proteine in tempo reale, modellare intere membrane cellulari o persino capire come si muovono le molecole all’interno di una cellula. Gli autori dell’articolo ci fanno sognare con alcune applicazioni. Parliamo ad esempio di simulazioni super dettagliate: complessi molecolari che interagiscono tra loro in tempo reale. È come passare da un vecchio Game Boy al cinema IMAX. Tuttavia non si tratta solo di computer veloci, ma anche di computer sempre più intelligenti. Con il calcolo all’esascala, possiamo sfruttare ancora meglio l’apprendimento automatico (o machine learning) per analizzare i dati generati dalle simulazioni, identificare schemi nascosti che magari sfuggono alla nostra intuizione, facendoci risparmiare un bel po’ di caffè. Forse.
L’esascala funziona un po’ come quei giochi in cui dovevamo unire i puntini per scoprire l’immagine: in questo caso i puntini sono i piccoli cambiamenti di posizione di singoli atomi o gruppi di atomi che influenzano strutture più grandi come cellule o addirittura tessuti. Per seguire un vecchio adagio molto anni ’90, è come scoprire che il battito d’ali di una farfalla può provocare un uragano... ma dentro una cellula.
Ovviamente ogni supereroe ha i suoi nemici, e il calcolo esascala non fa eccezione: anzitutto, i vecchi programmi non sono pronti per gestire così tanta potenza. È come cercare di far girare un videogioco di ultima generazione su un Commodore 64 o sul mio preferito, lo Spectrum 48K+.
E poi c’è qualcosa di cui ormai ci siamo accorti nell’ambiente, ovvero bisogna essere un po’ tutto: fisici, biologi, informatici e magari anche esperti di caffè, perché lavorare con l’esascala richiede davvero tanta energia mentale. E c’è ancora da aggiungere che non tutti possono permettersi un computer esascala, e anche chi può deve fare i conti con le regole e i tempi di accesso. Insomma, non è esattamente come ordinare un laptop su una piattaforma online.
E poi, come per ogni superpotere, anche l’esascala ha i suoi costi. Non parliamo solo di soldi (anche se sono tanti), ma anche di impatto ambientale. Ad esempio, addestrare il modello di AlphaFold ha richiesto giorni di calcolo su hardware avanzato e più di 2 terabyte di database. Il costo? Decine di migliaia di dollari. O euro. E’ lo stesso. Ora, lo dico per un amico: immaginate di essere un piccolo laboratorio accademico che deve scegliere tra questo e una nuova macchina del caffè…
Poi c’è il problema della sostenibilità: alcuni scienziati australiani hanno stimato che il loro uso di supercomputer emette circa 15 kilotoni di CO2 all’anno, l’equivalente di migliaia di voli transoceanici. Ma non tutto è perduto: sempre più centri di supercalcolo stanno adottando energie rinnovabili e migliorando l’efficienza dei software. Un passo alla volta, anche la scienza diventa più green.
Ma quale sarà il futuro con l’esascala? Qui c’è la parte davvero emozionante, perché non si tratta solo di imitare i processi biologici, ma anche fare passi avanti, ottenere dettagli molecolari che nemmeno i microscopi più avanzati possono catturare. Potremo chederci il perché delle cose ma proporre anche il come, ovvero nuovi modelli biologici da confrontare con vecchie teorie, facendoci sentire un po’ tutti come dei piccoli Sherlock Holmes delle cellule e dei tessuti.
E poi l'esascala richiederà collaborazioni sempre più epiche che possano combinare simulazioni computazionali, investigazioni dei database e sperimentazioni pratiche, nella profonda convinzione che, mai come adesso, l’unione fa la forza.
Non serve essere biofisici per apprezzare l’impatto di queste innovazioni. Più simulazioni dettagliate significano, ad esempio, nuove possibilità per progettare farmaci, capire meglio le malattie e persino ottimizzare i processi industriali legati alla biologia. E magari, chissà, un giorno scopriremo come far crescere capelli migliori (o come non farli cadere, lo dico sempre per un amico) o perché il cioccolato è l'unico rimedio universale allo stress.
Gli autori ci ricordano che siamo solo all’inizio: il calcolo esascala non è solo una questione di numeri, ma di un cambio di mentalità. Per sfruttarne appieno il potenziale, serve collaborazione tra scienziati, tecnici e forse anche un po’ di quella creatività che abbiamo tutti quando cerchiamo di far funzionare il Wi-Fi in vacanza.
Quindi, preparatevi: l’era esascala è qui, e promette di portarci più vicino che mai ai segreti della vita. E magari, nel frattempo, scopriremo anche perché le proteine non si piegano come dovrebbero... o almeno non quando ci serve! Nel frattempo, io vado a simulare se oggi avrò il tempo di fare la spesa. Spoiler: probabilmente no!
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