Folding(at)home

Folding@home - виртуальная битва за благо человечества

02 июня 2010

Скоро отметит первый юбилей самый мощный в мире проект в сфере распределенных вычислений - Folding@Home. Сотни тысяч людей создали сеть компьютеров, в два раза обгоняющую по производительности самый быстрый суперкомпьютер. Но есть ли результаты?

Без малого десять лет назад, в октябре 2000-го, был запущен проект ученых из Стэндфордского университета, получивший название Folding@home. Идея его была насколько благой, настолько и фантастической. Это сейчас мы привыкли ко всяким облачным игрушкам, вроде антивирусов или даже целых компьютеров. А в далеком 2000-м возможность объединиться всем миром и, овладев тайной свертывания молекул белка, одолеть такие страшные недуги, как болезни Паркинсона и Альцгеймера, склероз, коровье бешенство, диабет второго типа, рак и многие, многие другие, казалась настоящим чудом. И сделать-то для этого надо было всего ничего: просто установить на свой компьютер специальную программку, которая будет использовать свободные вычислительные мощности для обработки относительно небольших порций данных, скачиваемых с главного сервера. Когда расчет закончен, результаты закачиваются туда же, и цикл повторяется снова и снова. Учитывая, что у многих компьютеры работали круглосуточно уже тогда, возможность серьезно помочь человечеству, ничего, по сути, не делая, понравилась многим.

Очень скоро счет участников пошел на тысячи, потом поддержка Folding@home появилась в Google Toolbar, и это сразу увеличило число активных доноров вычислительных ресурсов примерно на 20 000. К пятилетию проекта в нем насчитывалось уже 200 000 активных машин, а производительность обещала перевалить за две сотни терафлопс. Но настоящий рывок случился 22 марта 2007-го, когда вышла версия клиента для PlayStation 3. Процессор Cell, используемый в игровой консоли, оказался потрясающе эффективным для задач Folding@home, и в считанные дни производительность проекта превысила отметку 900 терафлопс - это примерно в четыре раза выше результатов, достигнутых без участия PlayStation.

Консоли PlayStation несколько лет составляли основную мощь проекта Folding@home.

На этом графике хорошо видно, как резко выросла производительность после появления клиента для PS3.

В апреле 2009-го производительность примерно 400 000 систем, постоянно участвующих в Folding@home, достигла внушительных пяти петафлопс. Это в два с нелишним раза больше, чем может сегодня обеспечить самый мощный компьютер планеты - Jaguar (напомним, его производительность составляет 2,3 петафлопс). Правда, с тех пор Folding@home немного сдал, и, по данным на 16 мая, он выдает "всего" 3,4 петафлопс. При изучении сводной статистики проекта многих может удивить, что традиционные процессоры вносят весьма незначительную лепту - около 290 терафлопс. Зато GPU компании Nvidia суммарно выдают больше 1,3 петафлопс, а второе и третье место делят GPU ATI и PlayStation 3 (880 и 883 терафлопс соответственно). Да, архитектура x86 пока идеальна далеко не везде.

Таблица, демонстрирующая баланс сил в Folding@Home на 6 утра 16 мая 2010 года. Как видим, обычные компьютеры сильно уступают по эффективности PlayStation 3, но и консолям удается конкурировать с GPU, лишь благодаря высокой численности.

Всего с момента старта вычислений клиент Folding@Home был установлен более чем на 4,2 миллиона машин, и на сегодня данный проект является самым мощным в сфере распределенных вычислений, что подтверждает и Книга рекордов Гиннесса.

Приятно отметить, что россияне находятся в авангарде проекта, и команда TSC! Russia держит пятое место в мире по скорости и второе - по числу активных пользователей. Их конкуренты из команды Russia сейчас на 54-м месте по скорости, но учитывая, что всего команд 181 012, результат очень неплохой. Нередко, приходя в проект ради борьбы с болезнями, люди исптывают азарт и желание поднять свою команду в рейтинге, тогда как все остальное отходит на второй план. Это не страшно, потому что, какой бы ни была мотивация, все идет на пользу дела. Вот только какого дела?

⇡#Если забыть про цифры

За десять лет Folding@home существенно изменился. Остались в прошлом, прямо скажем, недостаточно качественные версии клиента, имеющие привычку рушиться и уносить с собой результаты расчетов за сутки. Нынешние версии, как для CPU, так и для GPU, довольно стабильны, и сейчас не услышишь историй, как десять crash подряд заставили пламенного альтруиста плюнуть на благо человечества и покинуть проект. Остались в прошлом и подозрения, что под видом борьбы с раком идет расчет какой-нибудь гадости, вроде нового вида бактериологического оружия: практически все данные проекта поступают в открытом виде, и если бы там пряталось что-то нехорошее, это давно бы вычислили. В конце концов, нигде нет столько параноиков, как в тусовке альтруистов.

Скорее, некоторое снижение популярности Folding@home связано с вопросом, который начинают задавать все больше людей - "А чего, собственно, удалось достигнуть за десять лет?" Оно, конечно, не жалко запустить на постоянно работающем компьютере или игровой консоли программку, пусть это и приведет к росту ежемесячного счета за электричество на 100-200 рублей за одну машину (процессоры и, тем более, видеокарты под нагрузкой "едят" драматически больше, чем в режиме uTorrent+Miranda). Но хотелось бы узреть хоть какой-то очевидный результат!

Примерно такую картинку можно увидеть на экране, если запустить клиент в графическом режиме. Чем мощнее машина, тем больше разноцветных шариков.

На официальном сайте проекта об этом говорят весьма уклончиво. Цитируем: "Мы достигли определённых успехов. Вы можете прочитать об этом на странице Наука, на нашей странице Награды, или перейти по ссылке Результаты". По линкам обнаруживается список наград за саму платформу и перечень статей, написанных по результатам вычислений. Последний кажется довольно большим, но когда вспоминаешь, что 54 работы написаны за все десять лет, начинают терзать смутные сомнения. В конце концов, зная производительность ученой братии, пять с небольшим статей в год - это негусто.

Но может быть, работы настолько глубоки, что количество не имеет никакого значения? Если вы в достаточной мере владеете научным английским и разбираетесь в биологии, можете ответить на этот вопрос сами, ознакомившись с кратким описанием каждой работы. К сожалению, автор этой статьи, не может похвастаться такими знаниями, и ему пришлось прибегнуть к консультации профессора кафедры биомедицинского инжиниринга из Ben-Gurion University of the Negev (Израиль), давшего ее на условиях анонимности. По мнению профессора, если сравнить проект с попыткой понять принцип работы автомобиля, сейчас можно было бы говорить о постижении причин, из-за которых колеса сделали круглыми, а не квадратными. Но есть еще некоторые сомнение по поводу восьмиугольников. Все же остальное, от устройства двигателя внутреннего сгорания и климат-контроля до формулы краски кузова, не изучено вообще никак. Тем не менее, профессор считает Folding@home достаточно полезным и даже рекомендует подключаться к нему своим студентам. Парадокс? Ничуть не бывало.

"Folding@home сильно напоминает тыкание пальцем в небо. Но иногда в науке это срабатывает, плюс нельзя переоценить важность чувства причастности к важному делу, возникающего у молодых исследователей. Да и палец сейчас стал таким мощным, что того и глядишь, попадет в нужное место".

В современной науке еще осталось место колбочкам и пробиркам. Однако без компьютеров решить многие задачи попросту невозможно - уж слишком велик объем информации.

Справедливости ради, следует заметить, что вопросы о конкретных результатах "здесь и сейчас" обычно задают новички, плохо представляющие, как работает современная наука. Между тем, участники со стажем ощущают себя кем-то вроде старателей, помогающих ученым отгребать пустую породу. Привлекать к этой неблагодарной работе высокооплачиваемых профи (читай - суперкомпьютеры) бессмысленно, они вступят в бой, когда найдут первые золотые слитки. Но случится это (если, конечно, случится) нескоро, хотя с появлением новых мощных GPU и действительно многоядерных CPU дело может пойти поживее: уже сегодня руководители проекта обещают вскорости достичь производительности порядка 100 петафлопс. То есть число пальцев, устремленных в небо, существенно увеличится…

В текущей (6.23) версии клиента Folding@home есть возможность регулировать уровень загрузки процессора, и потому его можно без ущерба для удобства работы запускать даже на очень слабеньких системах. Работает клиент на всех популярных операционных системах, так что его можно ставить даже на продвинутые NAS. А вот ставить или нет - решайте сами. Физический износ компьютера не ускорится, но шуметь он, скорее всего, будет заметно больше, да и придется ежемесячно платить несколько сотен рублей за электричество сверх обычной суммы (чем мощнее процессор и видеокарта - тем больше). Но зато, когда рак и болезнь Альцгеймера, наконец, одолеют, вы сможете почувствовать себя одним из победителей. Ну, или ваши дети. Или внуки.

Кстати, российские суперкомпьютеры никак не войдут в мировой TOP-10, а проект Союзного государства "СКИФ-ГРИД", который должен этот вход обеспечить, еще не вышел на проектную мощность. А что если создать национальный проект распределенных вычислений и устанавливать клиент на все компьютеры, закупающиеся в рамках федеральных программ? Ну и, конечно, выложить версию с поддержкой вычислений на GPU в открытый доступ. Неужели не наберем четыре с небольшим сотни терафлопс, как у самого мощного российского суперкомпьютера "Ломоносов"? Главное - придумать - что будет полезно и важно вычислять в первую очередь. Ждем ваших идей в комментариях к этой статье.

www.Boinc.ru

Суммарная мощь Folding@Home превысила 2,4 экзафлопс — больше, чем суммарно Top 500 суперкомпьютеров.

Не так давно мы писали, что инициатива распределённых вычислений Folding@Home обладает сейчас суммарной вычислительной мощью в 1,5 экзафлопса — это больше, чем теоретический максимум суперкомпьютера El Capitan, который не будет введён в строй до 2023 года. Теперь к Folding@Home присоединились пользователи с дополнительной вычислительной мощностью в 900 петафлопс.

Теперь инициатива не только в 15 раз мощнее, чем самый производительный в мире суперкомпьютер IBM Summit (148,6 петафлопс) из рейтинга Top 500, но и мощнее всех суперкомпьютеров этого рейтинга вместе взятых. Речь идёт о суммарной производительности в 2,4 квинтиллиона или 2,4×1018 операций в секунду.

«Благодаря нашей коллективной мощи мы достигли примерно 2,4 экзафлопс (быстрее, чем 500 лучших суперкомпьютеров мира вместе взятых)! Мы дополняем такие суперкомпьютеры, как IBM Summit, который выполняет короткие вычисления с использованием тысяч графических процессоров одновременно, распределяя более длинные вычисления по всему миру небольшими порциями!» — написано по этому случаю в Твиттере Folding@Home.

Исследователи изо всех сил стараются создать больше симуляций для исполнения, поскольку рост производительности вычислительной мощи в связи с призывом помочь в борьбе с новым коронавирусом превысил все ожидания.

Желающие присоединиться к Folding@Home а также Rosetta@Home и пожертвовать часть мощи своей системы, могут загрузить клиент на официальном сайте. Это простой способ внести свой вклад в крупнейший вычислительный исследовательский проект по лечению болезней. В рамках инициативы, напомним, проводятся важные симуляции, призванные найти способ лечения COVID-19 и других заболеваний.

Компания Folding@home объединяет исследователей по всему миру, которые работают над тем, чтобы лучше изучить коронавирус 2019-nCoV и ускорить научные усилия по разработке новых методов спасения людей. Установив предлагаемое программное обеспечение, каждый человек может пожертвовать неиспользованные вычислительные ресурсы своего компьютера консорциуму Folding@home, исследователи которого работают над улучшением понимания структур потенциальных мишеней для лекарств против 2019-nCoV, и помочь в разработке новых методов лечения.

Данные, которые пользователи таким образом помогут генерировать, будут быстро и открыто распространяться в рамках открытого научного сотрудничества нескольких лабораторий по всему миру, предоставляя исследователям новые инструменты для разработки жизненно важных лекарств.

2019-nCoV является близким родственником коронавируса SARS (SARS-CoV) и действует аналогичным образом. Для обоих коронавирусов первый этап заражения происходит в легких, когда белок на поверхности вируса связывается с белком-рецептором на клетке легкого. Этот вирусный белок называется шипом (отмечен красным цветом на изображении ниже), а рецептор – ангиотензинпревращающий фермент 2 (ACE2).

Иллюстрация, созданная Центрами по контролю и профилактике заболеваний США (CDC), показывает ультраструктурную морфологию коронавируса. Обратите внимание на шипы, расположенные на внешней поверхности вируса, которые придают ей вид короны, окружающей вирион.

Терапевтическое антитело представляет собой белок, который может блокировать связывание вирусного белка с рецептором и предотвратить заражение вирусом клетки легкого. Терапевтическое антитело уже было разработано для SARS-CoV, но для создания терапевтических антител или малых молекул против 2019-nCoV ученые должны лучше понять структуру белка вирусного шипа и механизм его связывания с рецептором ACE2, необходимым для проникновения вируса в клетки человека.

Белки все время движутся – они раскачиваются, складываются и разворачиваются, принимая различные формы. Поэтому необходимо изучить не одну форму вирусного шипа, а все возможные варианты с учетом колебания белка и складывания в альтернативные формы. Это позволит лучше понять, как шип взаимодействует с рецептором ACE2, и подобрать терапевтическое антитело. Уже существуют структуры вирусного шипа SARS-CoV, но они с низким разрешением, а формы шипа различаются у SARS-CoV и 2019-nCoV. У нас есть возможность оказать помощь в моделировании структуры белка-шипа 2019-nCoV и идентифицировать участки, на которые может быть нацелено терапевтическое антитело. Для этого нужно построить математические модели, но они требуют достаточной вычислительной мощности.

Каждый желающий может поучаствовать в работе, установив программу Folding@home и выбрав вкладку «Any Disease». Один белок 2019-nCoV, протеаза, кодируемая вирусной РНК, уже кристаллизован. И хотя интересующий белок-шип 2019-nCoV еще не расшифрован, можно использовать гомологичную структуру шипа SARS-CoV для идентификации мишеней терапевтических антител.

Аминат Аджиева, портал «Вечная молодость»http://vechnayamolodost.ru по материалам FOLDING@HOME: FOLDING@HOME Takes Up The Fight Againist COVID-19/2019-NCOV.

(https://foldingathome.org/2020/02/27/foldinghome-takes-up-th...)

(https://foldingathome.org/start-folding/)

PlayStation 3 – персональный суперкомпьютер для распределенных вычислений

Pande Group, организаторы Folding @Home из Стэнфордского университета, заинтересовались PlayStation 3 еще на стадии ее разработки, а уже в августе 2006 г. компания Sony анонсировала программу для распределенных вычислений молекулярной динамики белков на своей новой приставке. Такое внимание к этому детищу индустрии игр со стороны ученых, постоянно испытывающих нехватку вычислительных ресурсов, не случайно – достаточно лишь бегло познакомиться с техническими характеристиками PlayStation 3 (PS3).

Пока гранды процессоростроения – Intel и AMD – лишь готовятся выпустить на рынок свои восьмиядерники, PS3 уже может похвастаться процессором Cell Broadband Engine. Многоголовый Cell состоит из центрального процессора (CPU) и семи синергетических процессоров (SPU). Каждый SPU работает на частоте 3,2 ГГц, распараллеливая вычислительные процессы. Благодаря получаемому синергетическому эффекту Cell может развивать при выполнении мультимедийных задач производительность в 200 гигафлоп (1 гигафлоп соответствует 1 млрд. операций в секунду). На этом основании PS3 вполне заслуженно окрестили домашним суперкомпьютером.

15 марта 2007 г. финальный релиз программы для распределенных вычислений на PS3 был продемонстрирован на пресс-конференции в кампусе Стэнфордского университета. Расчетная программа реализована в виде встроенного в приставку программного обеспечения начиная с версии 1.6. Таким образом, у обладателей PS3 нет никаких проблем с установкой и настройкой расчетной программы, какие, случается, возникают у пользователей обычных ПК.

Результат не заставил себя долго ждать. То ли из осознания важности научных целей изучения фолдинга белков, то ли из любопытства под влиянием хорошей рекламы, а также, несомненно, благодаря очень простому старту – нажал иконку в меню управления и готово, – но вскоре производительность проекта Folding@Home выросла вдвое. Вооруженные приставками участники проекта, десятикратно проигрывая в числе остальной братии, оснащенной менее быстрым «железом», скоро достигли отметки вычислительной производительности в 400 терафлоп (1 терафлоп равен тысяче гигафлоп). Для сравнения, наиболее быстрый на сегодня суперкомпьютер BlueGene/L выжимает в пике около 360 терафлоп.

BlueGene/L положили на лопатки всего лишь 30 тысяч обладателей PS3, активно считающих проект, тогда как приставок продано уже более миллиона штук. Такое положение дел заставило компанию Sony задуматься над системой поощрения участия в распределенных вычислениях владельцев PS3. Будем надеяться, что эта инициатива позволит проекту Folding@Home вскоре превзойти рекордную отметку в 1 петафлоп (тысяча терафлоп).

Расчетный клиент под PS3 показывает не только чудеса вычислительной производительности, но и задействует потрясающие графические способности приставки. RSX (графический чип PS3) в реальном масштабе времени отображает процесс сворачивания белка. Для этого графическая подсистема использует новейшие технологии, в частности, HDRI – High Dynamic Range Image, изображение с расширенным динамическим диапазоном. Поэтому довольными остаются все: ученые получают «корешки» – вожделенные терафлопы, а пользователи приставок – «вершки» в виде возможности с помощью интерактивного контроллера созерцать во всех ракурсах трехмерную молекулу белка, которая претерпевает причудливые метаморфозы при сворачивании в определенную пространственную конформацию.

Особенности процессорной архитектуры PS3 позволяют использовать их пока что только для неявных вычислений белков с общей производительностью 10-15 гигафлоп с приставки против ожидавшихся 25. Но это только начало – на очереди ряд алгоритмов, которые значительно обогатят набор вычислительных режимов, увеличат размер обсчитываемых белков, что повысит производительность PS3.

Привлечение к проекту игровых приставок – это не первое достижение Folding@Home в деле освоения нестандартных вычислительных ресурсов. Не менее громко осенью 2006 г. говорили и о выходе расчетной программы для новейших графических процессоров (GPU) от ATI, установленных в видеоадаптерах Radeon X19хх. Спустя полгода на проект уже вовсю трудятся и GPU менее мощных видеокарт – X18хх и X16хх.

Триада «PC–GPU–PS3» обеспечила проекту Folding@Home лидирующие позиции в мире распределенных вычислений. Но смогут ли рационально использовать такие колоссальные вычислительные ресурсы ученые из Стэнфорда? Появятся ли принципиально новые способы лечения болезней, вызываемых нарушениями синтеза белков в человеческом организме? Быть может, мы уже на себе испытаем благотворное действие искусственных протеинов с запрограммированными функциями? И только в одном нет сомнений – мы многое узнаем о загадочном процессе сворачивания белков, этом фундаментальном биологическом процессе, уже раскрывшем немало тайн за шестилетнюю историю проекта Folding@Home.