我們的日常工作固然重要，但并非每一份重要的工作都能夠助力他人獲得諾貝爾獎。然而，就在今年十月，GPU計算便兩度成為了助力獲得諾貝爾獎的幕后英雄。

諾貝爾獲獎團隊推動人類認知宇宙與自身細胞

美國時間10月3日，一組國際化的化學(xué)家團隊（包括Jacques Dubochet、Joachim Frank 和Richard Henderson三人）憑借其冷凍電子顯微鏡（冷凍電鏡）的相關(guān)研究工作榮獲了諾貝爾獎。冷凍電鏡技術(shù)讓科學(xué)家們能夠看到驅(qū)動細胞內(nèi)部運作的精細蛋白結(jié)構(gòu)。

美國時間10月2日，三名美國物理學(xué)家Rainer Weiss、Barry Barish和Kip Thorne也因探測到了愛因斯坦百年前預(yù)測的引力波而獲得了這一科學(xué)界的最高殊榮。

這些突破是我們在認識宇宙、以及我們自身細胞進程中取得的重要進展。以至于在本周瑞典皇家科學(xué)院向其授予諾貝爾獎之前，這些消息就已經(jīng)在全球范圍內(nèi)登上了頭條。

GPU助力探究內(nèi)在世界

冷凍電鏡下的乙醇氧化酶結(jié)構(gòu)。圖片由J. Vonck、D. Parcej和D. Mills提供。

諾貝爾化學(xué)獎表彰的是一項稱為冷凍電鏡的技術(shù)，這一技術(shù)依賴于GPU來加速圖形處理、并重建高分子結(jié)構(gòu)。

據(jù)了解，如今研究員們能夠利用冷凍電鏡，在分子運動過程中將其冷凍，在原子分辨率水平下對其進行描繪，以查看前所未有的生物過程。

這讓我們對生命中涉及的化學(xué)問題也有了更深的理解，對于新藥開發(fā)也具有關(guān)鍵性意義。 諾貝爾獎委員會也在一份聲明中表示：“這一方法將生物化學(xué)推向了新紀元?！?/p>

在冷凍電鏡中，科學(xué)家們能夠捕捉到大量高分辨率的圖像。他們利用RELION（REgularised LIkelihood OptimisatioN的縮寫，發(fā)音同rely-on）這一由GPU加速的開源軟件程序來處理并重建3D圖像。

冷凍電鏡正在幫助科學(xué)家們更好地理解疾病。他們采用這一技術(shù)來探索引起抗生素耐藥性的蛋白質(zhì)架構(gòu)，并生成與阿爾茨海默病相關(guān)酶的3D結(jié)構(gòu)，去年科學(xué)家們還借助它來更好地了解了蚊媒寨卡病毒。

一組研究團隊也采用同樣的技術(shù)找出了與人體生物鐘相關(guān)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，這一進展也于今年獲得了諾貝爾醫(yī)學(xué)獎的認可。2015年，Nature Methods雜志也將冷凍電鏡評為當年的“年度技術(shù)（Method of the Year）”。

GPU協(xié)力探索宇宙時空

這一計算機仿真圖像顯示了兩個黑洞的碰撞，這是LIGO（激光干涉引力波天文臺）首次觀測到的強力事件。圖片通過SXS(Simulating eXtreme Spacetimes)項目生成。

諾貝爾物理學(xué)獎標志著數(shù)十年來關(guān)于引力波的探索取得階段性進展。這一百年前就被預(yù)測到的現(xiàn)象，如今通過激光干涉引力波天文臺首次被觀測到。

引力波是時空結(jié)構(gòu)波動，由諸如黑洞碰撞的事件所引發(fā)，這也讓探測引力波能力成為更好地理解宇宙的關(guān)鍵所在。在這一獎項于斯德哥爾摩公布時，一位諾貝爾委員會成員便稱其為“震撼全世界的發(fā)現(xiàn)”。

GPU也在這項研究中發(fā)揮了效力，通過負責處理LIGO觀測臺在華盛頓州漢福德和路易斯安那州利文斯頓采集到的數(shù)據(jù)，使得2015年的首次引力波探測成為可能。

當時研究員們剛剛構(gòu)建好最為先進的LIGO，一對黑洞的強烈碰撞所產(chǎn)生的震動就猛烈地撞擊到了位于路易斯安那州和華盛頓州的探測器，發(fā)出尖銳的上揚聲調(diào)，持續(xù)了五分之一秒。由劇烈撞擊產(chǎn)生的引力波經(jīng)歷了13億年才抵達了LIGO探測器。

這一發(fā)現(xiàn)不僅證實了愛因斯坦相對論的核心要素，還開辟了基于引力波研究的新型天文學(xué)。自2015年以來，LIGO 又探測到了三次引力波，也都是由黑洞碰撞所產(chǎn)生的。