Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego to czołowy ośrodek data science w Polsce, a z jego komputerów o dużej mocy obliczeniowej korzystają nie tylko naukowcy z samego centrum, ale i wielu naukowców przeprowadzających badania z różnych dziedzin nauki. Gośćmi w ostatnim odcinku wideoacastu Wprost „Ludzie nauki” z cyklu „Polska nauka śladami Kopernika” byli przedstawiciele ICM UW – Jarosław Skomiał, który opowiedział o infrastrukturze samego centrum, a także dr Franciszek Rakowski, którego zespół wykorzystał moc infrastruktury ICM do stworzenia modelu umożliwiającego prognozowanie przebiegu epidemii.
Zapraszamy do wysłuchania całego odcinka wideocastu:
Przedstawiciele Interdyscyplinarne Centrum Modelowania Matematycznego i Komputerowego wyjaśnili, czym zajmuje się ich jednostka.
– Nazwa pięknie pasuje do tego, czym jesteśmy. Jesteśmy jednostką podstawową Uniwersytetu Warszawskiego powołaną po to, aby dzięki komputerom dużej mocy o bardzo różnej architekturze i różnej funkcjonalności realizować takie zadania naukowe, jakie potrzebują wielkoskalowych obliczeń. To są bardzo różne zadania, zarówno od strony humanistycznej, jak i ścisłej, przyrodniczej. Dlatego jesteśmy interdyscyplinarni – tłumaczy dr Franciszek Rakowski.
Jarosław Skomiał opowiedział o Centrum od strony infrastrukturalnej.
– W naszym Centrum Technologii, obiekcie typu data center mamy dwa rodzaje systemów obliczeniowych. Jest to klaster, który posiada bardzo wiele pojedynczych serwerów oraz system superkomputerowy, nasz flagowy system Okeanos, który charakteryzuje się dużą liczbą węzłów obliczeniowych połączonych bardzo szybkim interkonektem. Umożliwia to nam uruchomienie na nim dużych zadań, które potrzebują intensywnej komunikacji pomiędzy różnymi procesami – tłumaczy przedstawiciel ICM UW. – Nasz superkomputer składa się z tysiąca węzłów, które posiadają w sobie dwa procesory dwunastordzeniowe, więc łącznie jest to ponad 20 tysięcy rdzeni obliczeniowych. Możemy to swobodnie porównać sobie do odpowiedniej liczby komputerów domowych – dodaje.
Jarosław Skomiał podkreśla, że superkomputery są wykorzystywane do badań w szerokim spektrum obszarów nauki. – Posiadamy oprogramowanie, które jest w stanie wspomóc badaczy w zasadzie w każdym obszarze. Zaczynając od fizyki i astronomii, gdzie są prowadzone symulacje kosmologiczne, czy modelowanie zjawisk kwantowych przez chemię i biologię, gdzie modelujemy struktury molekularne czy struktury białek, przechodząc przez nauki o Ziemi, gdzie można modelować zmiany klimatu, czy prognozę pogody, w czym akurat ICM się specjalizuje. Warto wspomnieć też inżynierię, gdzie mamy symulacje mechaniczne, czy symulacje przepływów, czy nawet nauki społeczne, gdzie możemy prowadzić analizy dużych zbiorów danych, czy badania statystyczne – wymieniał.
„W naszym modelu mamy reprezentowanych 38 milionów obywateli”
Jednym z naukowców, którego zespół wykorzystuje moc komputerów ICM w swojej pracy, jest dr Franciszek Rakowski, zajmujący się modelowaniem epidemii.
– Pierwszy model rozprzestrzenia się epidemii grypy zrobiliśmy w 2008 roku. Dzięki pewnej intuicji, świętej pamięci doktora Jana Radomskiego takie prace zostały podjęte. Ja wtedy jako młody doktor zaopiekowałem się tym projektem. No i faktycznie pod koniec, zdaliśmy sobie sprawę, że to nie jest tylko projekt naukowy, ale że może mieć bardzo mocne i kluczowe zastosowanie w trakcie kryzysu COVID-19, którego oczywiście w 2010 roku nie przewidywaliśmy – tłumaczy naukowiec. – W momencie, kiedy jednak ten kryzys się pojawił, dla nas było oczywiste, że musimy uruchomić i odświeżyć ten model rozprzestrzeniania się epidemii. Przystosować do epidemii koronawirusa. To rzeczywiście się udało – podkreśla.
A jak działa sam model epidemii COVID-19?
– To model oparty na syntetycznym społeczeństwie, czyli na komputerowej replice społeczeństwa polskiego. W naszym modelu mamy reprezentowanych 38 milionów obywateli kraju. I tutaj najlepiej widać, po co są te superkomputery. Te 38 mieszkańców obdarzonych jest odpowiednimi cechami, takimi jak wiek, płeć, czy przede wszystkim konkretna lokalizacja. Następnie są pogrupowane w takie konteksty, w których następuje zakażenie, czyli w gospodarstwa domowe, szkoły, przedszkola, transport – tłumaczy dr Rakowski. – Nie mamy dostępu do rzeczywistych danych o społeczeństwie. Bierzemy istniejące dane statystyczne, dane z GUS-u po to, aby odtworzyć wirtualnie takie społeczeństwo, które jest jedną z ogromnej ilości możliwych realizacji społeczeństwa, które spełnia warunki brzegowe. Czyli mamy jakąś gminę, wiemy ile tam mieszka ludzi, jaki jest rozkład wiekowy, ile jest gospodarstw domowych i to są dane publicznie dostępne. I my agregujemy te dane i w komputerze już mamy konkretnych nieprawdziwych ludzi, którym nasi informatycy nadali nawet sztuczne imiona i nazwiska. To są dane w pewnym sensie wymyślone, ale statystycznie równoważne temu, co się dzieje, co jest w kraju, w społeczeństwie polskim – dodał.
Oprócz danych statystycznych w stworzeniu modelu ważne były dane o samym wirusie. – Ta część immunologiczno-biologiczna później determinuje prawdopodobieństwo zakażenia i przebieg choroby. Na początku tych parametrów nie było dużo, ale wraz z rozwojem epidemii one się pojawiały. To one określały, na jaki wariant wirusa i kiedy dana osoba już chorowała. I jak przebiegała ta choroba – wymienia naukowiec. – Epidemia COVID-19 robiła się znacznie bardziej skomplikowana niż ta taka prototypowa, akademicka epidemia, którą sobie założyliśmy w 2008 roku. Jedna strona to różne koncepcje obostrzeń, ale też ta biologiczna strona, czyli to, że się pojawiały nowe warianty, reinfekcje, szczepionki. To wszystko trzeba było uwzględniać w modelu – podkreśla naukowiec.
Dlatego w projekcie brali udział naukowcy z różnych dziedzin. – W praktyce byli to fizycy, matematycy, informatycy i psychologowie społeczni. To dlatego, że aspekt odpowiedzi społecznej na zagrożenia, na sytuację kryzysową jest bardzo ważny. Musieliśmy uzupełnić nasz zespół o kompetencje w tym obszarze. Plus bardzo ważna była także też współpraca z panią prof. Krysią Dąbrowską, która jest immunologiem – wskazał dr Rakowski.
W samym podcaście przedstawiciele ICM UW opowiedzieli dokładniej o pracy nad modelem oraz o samym centrum i jego rozwoju.
Polska nauka
śladami Kopernika
Przeczytaj inne artykuły poświęcone polskiej nauce
Projekt współfinansowany ze środków Ministerstwa Edukacji i Nauki w ramach programu „Społeczna Odpowiedzialność Nauki”