Spolehlivýwebhostinga domény zdarma |

Distribuované výpočty

Distribuovaný projekt proti malárii

Tisková zpráva evropského projektu EGEE. Jedním z partnerů projektu je i Cesnet.

16.02.2007 - Iniciativa WISDOM zařadila nejvyšší rychlost – její nejnovější zpracování dat, zaměřené na hledání léčiv a realizované na gridové infrastruktuře EGEE, skončilo 31. ledna s průměrným výkonem analýzy 80 000 sloučenin za hodinu. Celkem bylo v rámci procesu zpracováno více než 140 milionů možných uspořádání složek léčiv a cílových proteinů parazita malárie.

Tento virtuální screening, realizovaný v rámci mezinárodní iniciativy WISDOM (World-wide In Silico Docking On Malaria), probíhal od 1. října do 31. ledna a byl zaměřen na sloučeniny, které jsou zajímavé pro hledání léčiv proti zanedbávaným chorobám. Iniciativa WISDOM je založena na dokovací technice in silico, kdy výzkumníci používají výpočetní systémy pro výpočet pravděpodobnosti, že se budou potenciální léčiva vázat s cílovým proteinem. Tento postup umožňuje výzkumníkům vyloučit naprostou většinu potenciálních léčiv, takže se pak v laboratorních testech mohou soustředit na nejslibnější sloučeniny. Tím se urychluje proces screeningu a snižují se náklady na vývoj nových léčiv pro léčení nemocí, jako je například malárie.

„Význam iniciativy WISDOM malárii dalece přesahuje,“ prohlašuje Doman Kim, ředitel institutu bioprůmyslu a technologií Národní univerzity Jeonnam v Koreji. „Vyvinutá metoda může být rozšířena na všechny nemoci, a tím se oboru otevírají zajímavé perspektivy. Dosud se hledání nových léčiv v akademickém sektoru provádělo v relativně malém měřítku, ale přístup iniciativy WISDOM umožňuje systematicky zkoumat všechny potenciálně zajímavé molekuly.“

Toto zpracování dat navazovalo na první velmi úspěšné dokování in silico prováděné ve velkém měřítku, které bylo realizováno na gridu EGEE v létě 2005, kdy iniciativa WISDOM prozkoumala více než 41 milionů sloučenin během pouhých šesti týdnů, což představuje ekvivalent 80 let práce jediného PC. Tým WISDOM identifikoval asi 5 000 zajímavých sloučenin, a objevil v nich tři zajímavé rodiny molekul, které by mohly být účinné proti parazitu malárie. Laboratoře v Univerzitě v Modeně, CNRS ve Francii a CNR-ITB v Itálii nyní provádějí pokročilejší studie dotyčných molekul pomocí molekulární dynamiky. Po skončení těchto studií prozkoumá enzymologická laboratoř Národní univerzity Jeonnam v Koreji tyto molekuly in vitro.

Druhé zpracování dat, které bylo zaměřeno na ptačí chřipku a proběhlo v dubnu a květnu 2006, významným způsobem zvýšilo zájem komunity biomedicínského výzkumu. Laboratoře ve Francii, Itálii, Venezuele a v Jižní Africe navrhly cíle pro druhé zpracování dat, zaměřené na zanedbávané nemoci.

Úsilí iniciativy WISDOM by bylo nemožné bez podpory společnosti BioSolveIT, německé firmy, která poskytla zdarma více než 6 000 floating licencí k jejich komerčnímu dokovacímu programu FlexX. „Program WISDOM je velmi zajímavý a společnost BioSolveIT je ráda, že může tuto práci sponzorovat,“ uvádí dr. Christian Lemmen, CEO BioSolveIT. „Iniciativa plně využívá rychlost a přesnost programu FlexX – čímž demonstruje potenciál techniky virtuálního screeningu při hledání léčiv proti zanedbávaným chorobám.“ Na základě počátečního úspěchu zpracování dat se společnost dokonce rozhodla prodloužit licence FlexX o několik týdnů, což umožnilo studovat ještě nový cíl.

Kromě výpočetního výkonu, který poskytuje grid EGEM, byla získána další kapacita od AuverGrid, EELA, EUChinaGRID, EUMedGRID a South East Asia Grid. Projekty Embrace a BioinfoGRID přispívají k rozvoji virtuálního screeningu in silico, který umožní výzkumníkům pro jakýkoli daný cílový protein vybírat z milionů komerčně dostupných sloučenin ty nejaktivnější molekuly.

V období jen o něco delším než 10 týdnů zpracování dat využil projekt ekvivalent 420 let výpočetního výkonu jediného PC. Simultánně se využívalo až 5 000 počítačů ve 27 zemích, které dohromady vygenerovaly 2 000 GB užitečných dat.

Otazníky nad budoucností distribuovaných projektů

19.11.2001 - Projekt SETI je známý až notoricky. Tento program pro hledání mimozemských civilizací je zřejmě nejpopulárnějším představitelem kategorie tzv. distribuovaných projektů. Splnil však Internet skutečně naděje, které se do něj ve smyslu sdílených aplikací vkládaly? Podle mého názoru zatím spíše ne. Vývoj uvízl tak trochu na mrtvém bodě.

Pole sdílených aplikací je samozřejmě velmi široké: Pro někoho je čelným představitelem této kategorie SETI, pro jiného Napster. Je přitom možné, že soudní spory kolem sítí na výměnu hudebních souborů či filmů vrhly určitý stín i na ostatní distribuované projekty.

Existují ale další překážky: Distribuované aplikace, které si pustíte na vašem počítači, představují potenciální bezpečnostní ohrožení. To samozřejmě platí pro prakticky jakýkoliv software, v tomto případě je však riziko ještě zvýšeno tím, že programy bezprostředně pracují se sítí. Z tohoto důvodu nejsou v prostředí firemní infrastruktury právě vítány -- nechtěně sdílenou aplikací jsou konec konců také počítačové viry. Geopolitický vývoj vede dnes samozřejmě k důrazu na vyšší bezpečnost, což distribuovaným projektům opět příliš nepřeje.

Lze samozřejmě předpokládat, že sdílené aplikace zastřešené známými americkými univerzitami nejsou žádnými trojskými koni. Rizikem je však takový projekt kupodivu i pro své provozovatele. Uživatelé-hackeři se mohou snažit činnost programu nějak modifikovat a vrátit provozovateli falešné údaje. Motivace narušitelů se liší -- od snahy o přímé znehodnocení výsledků až po získání nezasloužených zásluh. V takovém případě pak program nic nepočítá a odešle pouze hlášení, že ve zpracované sekvenci nebyl výsledek nalezen (podobné pokusy se objevily již v době, kdy uživatelé Internetu spolupracovali na lámání šifer). Řešení úlohy je tímto způsobem vážně ohroženo. Pokud má projekt navíc strategický význam (kam třeba oblast kryptování jistě patří), bude v případě nějakých budoucích kybernetických válek na ráně jako první.

Ale hlavní důvody, proč distribuované projekty poněkud uvízly, jsou, domnívám se, ještě někde jinde. Za celou dobu se jejich prostřednictvím totiž nepodařilo dosáhnout nějakého opravdu významného objevu: žádní mimozemšťané prostě nalezeni nebyli. Nechci zpochybňovat lámání stále delších šifer či hledání nejvyšších prvočísel, ovšem i pokud tyto výsledky označíme za úspěch, jde vesměs o úspěchy staré kolem 3 či 4 let. Dnes převažující aplikace, které sestavují např. databáze proteinů, mají jistě význam pro rozvoj farmacie, ale nejsou právě mediálními trháky.

Výkon počítačů se stále zvyšuje, co dnes ještě vyžaduje spolupráci přes Internet, zvládne zítra osamocený stroj. Sdílení výkonu je samo o sobě dost málo. Problém je tedy zřejmě v tom, že nikdo ještě nevymyslel dostatečně šikovnou aplikaci, která by dokázala sdílet nejen výkon, ale i... co vlastně? Kapacitu disků? To mělo nastat v projektu Microsoftu, jehož kódové jméno zní Farsite. Není však vůbec známo, v jakém stadiu se dnes vývoj této P2P sítě nachází.

Navíc ani sdílení kapacity disků samo o sobě nestačí, je čímsi podobným sdílení výkonu. Chybí prostě skutečně geniální nápad, zřejmě propojení s ještě nějakou jinou technologií, které by dalo vzniknout "killer" aplikaci budoucnosti. Bude hledanou technologií např. genetické programování? Nějaká nová koncepce vyhledávacího softwaru?

Velkým otazníkem také zůstává, kam celou oblast posunou přicházející architektury typu .NET a sektor webových služeb vůbec. Tyto služby, ať už v podání Microsoftu, IBM či Sunu, jsou orientovány především na oblast podnikových aplikací, které zatím stály poněkud stranou.

Vysvětlení pojmu distribuovaný výpočet

Distribuovaný výpočet je výpočet rozdělený na více menších, méně náročných úloh za účelem rychlejšího vyřízení požadavku předaného programu. Lze ho využít jen u výpočtů, jejichž algoritmus lze paralelizovat – převést na paralelní verzi, kdy vzájemně nezávislé části výpočtu běží současně.

Výpočet lze distribuovat buď na úrovni operačního systému s přesměrováním softwarových vláken na jiné členy clusteru, nebo přímo v režii programu, který se nainstaluje v podobě mnoha klientů na každý z počítačů tvořících cluster.

Mezi typické výpočty, které je vhodné řešit distribuovaně, patří analýza velkého množství statistických dat, „zpětné inženýrství“ DNA, modelování struktury proteinů a poněkud méně seriózní výpočty jako generování fraktálů nebo zkoumání vesmírného vlnění na přítomnost rádiového signálu mimozemšťanů (SETI).

Další užitečné stránky na webu:

Science World

BOINC - distribuované výpočty