引力波探测，冷冻电镜研究：两项诺奖GPU功不可没

我们的日常工作固然重要，但并非每一份重要的工作都能够助力他人获得诺贝尔奖。然而，就在2017年10月，GPU 计算便两度成为了助力获得诺贝尔奖的幕后英雄。

三名美国物理学家Rainer Weiss、Barry Barish和Kip Thorne因探测到了爱因斯坦百年前预测的引力波而荣获了诺贝尔奖。

此外，一组国际化的化学家团队（包括Jacques Dubochet、Joachim Frank 和Richard Henderson三人）凭借其冷冻电子显微镜（冷冻电镜）的相关研究工作也获得了这一科学界的最高殊荣。冷冻电镜技术让科学家们能够看到驱动细胞内部运作的精细蛋白结构。

这些突破是我们在认识宇宙、以及我们自身细胞进程中取得的重要进展。以至于在瑞典皇家科学院向其授予诺贝尔奖之前，这些消息就已经在全球范围内登上了头条。

GPU 协力探索宇宙时空

这一计算机仿真图像显示了两个黑洞的碰撞，这是LIGO（激光干涉引力波天文台）首次观测到的强力事件。图片通过SXS(Simulating eXtreme Spacetimes)项目生成。

诺贝尔物理学奖标志着数十年来关于引力波的探索取得阶段性进展。这一百年前就被预测到的现象，如今通过激光干涉引力波天文台首次被观测到。

引力波是时空结构波动，由诸如黑洞碰撞的事件所引发，这也让探测引力波能力成为更好地理解宇宙的关键所在。在这一奖项于斯德哥尔摩公布时，一位诺贝尔委员会成员便称其为“震撼全世界的发现”。

GPU 也在这项研究中发挥了效力，通过负责处理 LIGO 观测台在华盛顿州汉福德和路易斯安那州利文斯顿采集到的数据，使得2015年的首次引力波探测成为可能。

当时研究员们刚刚构建好最为先进的 LIGO，一对黑洞的强烈碰撞所产生的震动就猛烈地撞击到了位于路易斯安那州和华盛顿州的探测器，发出尖锐的上扬声调，持续了五分之一秒。由剧烈撞击产生的引力波经历了13亿年才抵达了 LIGO 探测器。

这一发现不仅证实了爱因斯坦相对论的核心要素，还开辟了基于引力波研究的新型天文学。自2015年以来，LIGO 又探测到了三次引力波，也都是由黑洞碰撞所产生的。

GPU 助力探究内在世界

冷冻电镜下的乙醇氧化酶结构。图片由J. Vonck、D. Parcej和D. Mills提供

诺贝尔化学奖表彰的是一项称为冷冻电镜的技术，这一技术依赖于 GPU 来加速图形处理、并重建高分子结构。

据了解，如今研究员们能够利用冷冻电镜，在分子运动过程中将其冷冻，在原子分辨率水平下对其进行描绘，以查看前所未有的生物过程。

这让我们对生命中涉及的化学问题也有了更深的理解，对于新药开发也具有关键性意义。诺贝尔奖委员会也在一份声明中表示：“这一方法将生物化学推向了新纪元。”

在冷冻电镜中，科学家们能够捕捉到大量高分辨率的图像。他们利用RELION（REgularised LIkelihood OptimisatioN 的缩写，发音同rely-on）这一由 GPU 加速的开源软件程序来处理并重建 3D 图像。

冷冻电镜正在帮助科学家们更好地理解疾病。他们采用这一技术来探索引起抗生素耐药性的蛋白质架构，并生成与阿尔茨海默病相关酶的 3D 结构，去年科学家们还借助它来更好地了解了蚊媒寨卡病毒。

一组研究团队也采用同样的技术找出了与人体生物钟相关的蛋白质结构，这一进展也于今年获得了诺贝尔医学奖的认可。2015年，Nature Methods 杂志也将冷冻电镜评为当年的“年度技术（Method of the Year）”。