في سفوح كنتاكي الهادئة ، هناك كمبيوتر عملاق ضخم يخرج البيانات. إنها تبحث عن أدوية جديدة لمحاربة السرطان.
كل أسبوع ، يعالج DataseamGrid حسابات بقيمة 300 سنة من العمل. نعم ، هذه 300 عام من الحسابات كل اسبوع. عادةً ما يستغرق اكتشاف الدواء من 10 إلى 15 عامًا ، لكن DataseamGrid ينطلق من خلال هذا العمل في جزء صغير من الوقت المعتاد. إنه أحد أكبر خطوط أنابيب لأدوية السرطان الجديدة المحتملة في البلاد. الباحثون هنا على وشك بدء التجارب البشرية هذا العام على عقار جديد اكتشفه الكمبيوتر العملاق ، والذي ، إذا نجح ، قد يؤدي إلى فئة جديدة تمامًا من أدوية السرطان.
DataseamGrid هي أكبر شبكة من نوعها على هذا الكوكب - آلة وحش تم تلقيها لا توجد صحافة وطنية ، حتى الآن ، وهو أمر رائع لمثل هذا المشروع الكبير والطموح والناجح.
لكن أعظم ابتكار قد يكون هندسته. تأتي قوة معالجة الشبكة من 14000 جهاز iMacs عادي موجود في الفصول الدراسية بالمدرسة منتشرة في جميع أنحاء ولاية كنتاكي. DataseamGrid هو كمبيوتر عملاق لرجل فقير ، مدمج معًا من أجهزة كمبيوتر الفصل الدراسي في المدارس العامة الفقيرة عبر ولاية Bluegrass.
يستخدم الأطفال في ثلث المناطق التعليمية في ولاية كنتاكي أجهزة كمبيوتر Dataseam يوميًا. قليلون لديهم أي فكرة عن أن الآلة التي تساعدهم في فهم الكسور تُشغِّل أيضًا برنامجًا متطورًا لاكتشاف الأدوية في الخلفية.
قال بريان جوبتون ، المؤسس المشارك والمدير التنفيذي لشركة Dataseam: "من غير المنطقي أن يتم إجراء هذا البحث المتطور في واحدة من أفقر مناطق البلاد".
يعد DataseamGrid جزءًا من موجة جديدة من مشاريع الحوسبة الشبكية ، والتي قطعت شوطًا طويلاً منذ البحث عن ET SETI @ الصفحة الرئيسية تصدرت عناوين الصحف في التسعينيات. تمتلك المنظمة الأوروبية للأبحاث النووية (CERN) في سويسرا شبكة معالجة بسعة 100000 معالج تطحن 15 بيتابايت من البيانات التي تنتجها كل عام مصادم هادرون كبير. ساهمت هذه الشبكة في اكتشاف جسيم هيغز بوزون في عام 2012. في أجزاء أخرى من أوروبا ، أجهزة الكمبيوتر العملاقة مثل البنية التحتية للشبكة الأوروبية وسعت شبكة الحكمة الفرنسية وشبكة الحكمة الفرنسية إلى الحصول على أدوية لمكافحة أنفلونزا الطيور والملاريا وفيروس الإيدز.
في الولايات المتحدة ، مشروع FightAIDSHome يربط آلاف أجهزة الكمبيوتر بحثًا عن أدوية أفضل لمكافحة فيروس نقص المناعة البشرية ، بينما مشروع Einstein @ Home يبحث عن دليل على موجات الجاذبية. يعد Einstein @ Home أحد أكثر مشاريع الحوسبة الموزعة شهرة ، حيث اجتذب أكثر من 300000 متطوع في 221 دولة. في فبراير 2014 ، سجلت الشبكة حوالي 1100 TFLOPS القدرة الحسابية ، ووضعها في أول 30 من العالم أجهزة الكمبيوتر العملاقة TOP500.
لكن DataseamGrid يختلف بشكل ملحوظ عن مشاريع الحوسبة الشبكية السابقة مثل SETI @ Home ، a شاشة التوقف التي تستخدم دورات وحدة المعالجة المركزية الاحتياطية للبحث عن علامات ذكاء فضائي في إشارات الراديو من الفضاء الخارجي. قامت SETI @ Home بتربية مهام طحن الأرقام على شاشة توقف تم تنزيلها بواسطة آلاف المتطوعين - لكن العقد كانت غير متصلة ببعضها البعض. عند اكتمال العمليات الحسابية ، قامت كل عقدة بتحميل النتائج إلى خوادم مركزية ، والتي قامت بجدولة النتائج. تم توزيع المهمة - وليس الكمبيوتر العملاق نفسه.
إن DataseamGrid في ولاية كنتاكي يشبه إلى حد كبير آلة افتراضية ضخمة تتعامل مع كل عقدة مثل إحدى وحدات المعالجة الخاصة بها. إنه كمبيوتر عملاق افتراضي ينسق العمل عبر العقد وما يظهر هو آلة افتراضية واحدة كبيرة.
يقول جوبتون: "لم تنل الحوسبة الشبكية أي احترام". "كان يُنظر إليه على أنه حداثة ، وطريقة جميلة لصنع مجموعات ماندلبروت. نحن نقوم بإضفاء الشرعية عليها كطريقة للحوسبة ".
جوبتون هو رجل مثالي مثالي ونائب رجل أعمال. ابن عامل منجم الفحم ، يبدو أنه مهتم بإدخال أجهزة كمبيوتر إلى الفصول الدراسية أكثر من اهتمامه بإجراء أحدث أبحاث السرطان - على الرغم من أنه تمكن من القيام بالأمرين معًا.
في عام 2001 ، تعاون جوبتون مع الدكتور جون ترينت ، باحث السرطان في جامعة لويزفيل ، واثنين من رواد الأعمال المحليين الآخرين: دين هيوز وهنري هانت ، الذي يشغل الآن منصب مدير العمليات في Dataseam. شرعوا في بناء كمبيوتر عملاق بسعر رخيص.
الشبكات الخاصة مكلفة ، وكذلك أجهزة الكمبيوتر العملاقة المصنوعة من أجهزة جاهزة ، مثل Virginia Tech بيج ماك، الذي خرج من الخدمة في عام 2012. DataseamGrid هي شراكة فريدة بين القطاعين العام والخاص ، تم بناؤها إلى حد كبير باستخدام التنمية الاقتصادية للدولة الصناديق ، التي تم إنشاؤها لتنويع الصورة الاقتصادية لولاية كنتاكي وتعويض تراجع الفحم في الولاية صناعة.
كنتاكي هي واحدة من أفقر الولايات في أمريكا. يغطي الجزء الشرقي منها جبال الآبالاش ، والتي لطالما ارتبطت بالصعوبات. مع انتشار البطالة ، أصبح المزيد من أموال التحفيز متاحة. يستخدم Dataseam الأموال لشراء أجهزة كمبيوتر جديدة للمدارس ، وفي المقابل ينضمون إلى الشبكة. تخدم أجهزة الكمبيوتر غرضًا مزدوجًا: فهي توفر أجهزة كمبيوتر جديدة لبعض المناطق التعليمية الأكثر فقرًا في البلاد ، كما أنها توفر للباحثين في مجال السرطان جهاز كمبيوتر عملاقًا قويًا للبحث عن أدوية السرطان.
يقول جوبتون: "نحن نبني بنية أساسية للحوسبة ، ويمكن لجوني استخدامها في عمله المدرسي".
تم تصميمه في الأصل باستخدام Xgrid من Apple ، وهي حزمة برامج للحوسبة الموزعة مخبوزة في نظام التشغيل Mac OS X من 10.4 إلى 10.7z. مع بعض التعديلات وبعض البرامج الاحتكارية ، جعلت Xgrid إعداد النظام أمرًا بسيطًا للغاية: كان من السهل إضافته عُقد جديدة - آلة ، فصل دراسي ، مدرسة كاملة - وبالكاد يتعطل النظام إذا ذهبت مناطق بأكملها غير متصل على الانترنت.
كان تمكين Xgrid عبارة عن نقرة زر واحدة في OS X. اكتشف النظام تلقائيًا جميع الأجهزة المتوفرة على الشبكة. إذا كانت شبكة من أجهزة الكمبيوتر موجودة بالفعل ، فإن إعداد مجموعة كان في الأساس مجانيًا - كل شيء تم تضمينه بالفعل في OS X أو يمكن تنزيله من Apple. تمتلك جامعتا هارفارد وستانفورد مجموعات Xgrid تضم حوالي 400 أو 500 جهاز كمبيوتر لكل منها مهام مثل البحث في تسلسل الجينوم و البلورات بالأشعة السينية; لكن Dataseam هو الأكبر إلى حد بعيد.
أزالت Apple Xgrid من Snow Leopard (OS X 10.8) ، مما أجبر Dataseam على كتابة برنامج الشبكة الخاص بها.
الشبكة
شبكة Dataseam هي آلة وحش. إنه مصنوع من 14000 جهاز كمبيوتر مكتبي في 54 منطقة تعليمية منتشرة عبر ولاية كنتاكي (انظر الخريطة). يؤثر المشروع على حوالي 100،000 طفل وما يصل إلى 8،000 معلم. تحتوي أجهزة iMac على معالجات ثنائية النواة تعمل بسرعة 1.83 جيجاهرتز أو أفضل. إنها أكثر من قوية بما يكفي لتشغيل معالجة الشبكة في الخلفية. بعض المدارس لديها مئات الآلات على الشبكة ؛ البعض الآخر لديه العشرات. معظم أجهزة الكمبيوتر جديدة نسبيًا.
"نظريًا ، لدينا بعض المناطق التعليمية التي تتمتع بقوة حصانية مثل لوس ألاموس" ، كما يقول جوبتون ، مشيرًا إلى أجهزة الكمبيوتر الفائقة للتجارب النووية في مختبر لوس ألاموس الوطني.
يتم توصيل شبكة Dataseam معًا عبر العمود الفقري لألياف جيجابت في المناطق التعليمية. على مدى السنوات القليلة الماضية ، ربطت ولاية كنتاكي معظم مدارسها ببنية تحتية سريعة جدًا وعالية النطاق. كان هذا إلى حد كبير بسبب الفيدرالية تمويل eRate من FCC لمشروعات الاتصال الأساسية ، والتي تمنح إعانات بناءً على عدد الطلاب في برامج الغداء المجانية أو المخفضة. العديد من مدارس كنتاكي لديها ما يصل إلى 80 إلى 90 بالمائة من المسجلين.
الشبكة مرنة للغاية. يمكن لـ Dataseam الاستمرار في إضافة الأجهزة وتحديثها ، وإضافة فصل دراسي أو منطقة تعليمية بأكملها.
يقول جوبتون: "إنها طريقة فعالة للغاية من حيث التكلفة لإنجازها".
شبكة Dataseam لا تتوقف أبدًا. يقول جوبتون: "نحن نعمل على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع ، حتى عندما يكون الأطفال في الصناديق". يمكن أن تكون مهام الحوسبة مكثفة للمعالج ، ولكن على Gupton و Trent التأكد من عدم تحميلهما الزائد على أجهزة الكمبيوتر.
يقول ترينت: "كل ما نقوم بتشغيله لا يمكن أن يؤثر على أداء العميل". "لا يمكننا إبطاء ثلث أجهزة الكمبيوتر التعليمية في المناطق التعليمية."
يقول جوبتون إن الشبكات العامة / الخاصة مثل Dataseam ستعمل في المستقبل كمرافق ، حيث تقدم تحليلًا للأرقام عند الطلب لبرامج الأبحاث الكبيرة. إنه شكل من أشكال الحوسبة في السحاب. تمامًا كما تستأجر أمازون السعة الفائضة لمراكز البيانات الضخمة الخاصة بها ، ستتمكن الشركات والمدارس من الاستفادة من دورات وحدة المعالجة المركزية غير المستخدمة على شبكاتها.
يقول ترينت: "عندما بدأنا أنا وبريان البحث ، كان لدينا خمسة معالجات". "لقد نمت بشكل لا يصدق. كل ما فعلناه في السنة الأولى يمكننا القيام به الآن في ليلة واحدة ".
ومع ذلك ، مع توقف Apple عن استخدام Xgrid ، أصبحت أجهزة الكمبيوتر العملاقة والمجموعات المستندة إلى Mac أمرًا نادرًا. تم إيقاف تشغيل الكمبيوتر العملاق Virginia Tech ، ولم أتمكن من العثور على أي إشارة إلى أجهزة Mac في الأحدث قائمة أفضل 500 آلة لأسرع العالم. البروفيسور جاك دونجارا، الذي يحتفظ بالقائمة ، يقول لا يوجد أي منها. قال: "لا أعتقد أن هناك أي مجموعات Mac على Top500".
البحث
يبحث ترينت وزملاؤه عن مواد كيميائية من شأنها أن تعطل أو تمنع نمو السرطان. استنادًا إلى تقنيات النمذجة التي فازت للتو بـ 2013 جائزة نوبل في الكيمياء، لقد بنوا جهاز محاكاة يأخذ نموذجًا ثلاثي الأبعاد لبروتين السرطان ويطابقه مع نموذج جزيئي لمادة كيميائية. تحرك الشبكة النماذج ثلاثية الأبعاد حولها ، في محاولة لتلائمها معًا مثل أحجية الصور المقطوعة ثلاثية الأبعاد. يمثل التطابق عقارًا محتملًا مضادًا للسرطان. إذا ارتبطت المادة الكيميائية بشدة بالبروتين ، فقد تتمكن من إيقاف نموها في الخلية السرطانية. إنهم يعملون بمكتبة تضم 20 مليون مادة كيميائية.
يعمل ترينت وفريقه مع 14 مجموعة أخرى لأبحاث السرطان في جميع أنحاء البلاد وعلى الصعيد الدولي. إذا قرروا أن الهدف قابل للنمذجة - وليس كل شيء - ويتم عرضه على الشبكة ليتم مطابقته مع المكتبة الكيميائية. يمكن للشبكة أن تمر عبر 7 ملايين مجمع في عطلة نهاية أسبوع واحدة. ينتج حوالي 1.6 تيرا بايت من البيانات لكل تشغيل. يتم إرجاع النتائج بعد أيام قليلة. إذا أعادت الشبكة مباريات واعدة ، يقوم فريق Trent باختبار المواد الكيميائية فيزيائيًا في المختبر. يتم خلط بروتينات وكيميائيات السرطان معًا في المختبر لمعرفة ما إذا كانت مرتبطة - وهو ما يُعرف بالمقايسة الوظيفية. إذا فعلوا ذلك ، فإن المادة الكيميائية - وهي الآن دواء محتمل مضاد للسرطان - قد تنتقل إلى سلسلة طويلة من التجارب لاختبار مدى ملاءمتها لعلاج السرطان البشري.
يقول ترينت: "يستغرق اكتشاف الأدوية بضعة أيام". "الاختبار السريري يستغرق سنوات."
يعمل Dataseam على تسريع عملية اكتشاف الدواء بأعداد كبيرة. قبل عشر سنوات ، كان يمكن أن يؤدي هذا العمل فرق من طلاب الدراسات العليا باستخدام أطباق بتري. سوف يخلطون مركبًا بعد مركب لمعرفة ما إذا كان هناك ارتباط. الآن ، يمكن محاكاة تلك الاختبارات نفسها واختبار الارتباطات تقريبًا. يتم التحكم في جميع الأبحاث بواسطة جهاز iMac واحد في مكتب Trent.
لا يوجد سوى مركزين أو ثلاثة مراكز أخرى لأبحاث السرطان في الولايات المتحدة تقوم بإجراء فحوصات عالية الإنتاجية مماثلة باستخدام أجهزة الكمبيوتر العملاقة ، من بينها جامعة جورج تاون وجامعة ميشيغان وجامعة كاليفورنيا في سان فرانسيسكو.
حتى الآن ، فحصت DataseamGrid أكثر من 250 هدفًا مختلفًا للسرطان ووجدت 30 مادة كيميائية تم التحقق منها سريريًا. أحد الأدوية المحتملة التي اكتشفتها الشبكة على وشك الدخول في التجارب البشرية. لعلاج الأورام الصلبة. وهذا يعني أن معظم أنواع السرطان بخلاف اللوكيميا. يقول ترينت إنه إذا نجح ، فقد يمثل المركب فئة جديدة من الأدوية المضادة للسرطان. ومن المفارقات أن بعضًا من أكثر المركبات الواعدة المضادة للسرطان في برنامج البحث مشتق من نبات التبغ - أحد أكبر المحاصيل النقدية في الولاية.
ومع ذلك ، فإن عملية الاختبار السريري هي الجزء الصعب. تم اكتشاف عقارين محتملين سابقًا في مركز السرطان بالجامعة وكانا في المرحلة الثانية للاختبار حتى العام الماضي. واجهت الشركة التي تجري الاختبارات مشاكل مالية والمحاكمات معلقة. يقول ترينت إنه يأمل في إعادة اختبار أحد الأدوية في وقت لاحق من هذا العام. الآخر في حالة من النسيان السريري. "هذا هو تجارة المخدرات ،" يعترف.
يأمل ترينت أن تُحدث أجهزة الكمبيوتر الشبكية ثورة في اكتشاف الأدوية للسرطانات النادرة ، والتي لا تجذب انتباه المستحضرات الصيدلانية بسبب الاقتصاد. إنه مهتم بشكل خاص بسرطانات الطفولة. يقول: "لا توجد أموال في البحث المخصص للأطفال". "السرطان مرض يصيب كبار السن."
الإعداد
كنتاكي مكان غير مرجح لتشغيل برنامج بحث طبي حديث. تشتهر معدلات الإصابة بالسرطان بالبوربون والأطعمة المقلية والتبغ ، وهي أعلى بنسبة 220٪ من المعدل الوطني. إنه يقود الأمة مع سرطانات الرئة والقولون والمستقيم ، وكذلك أمراض القلب.
يقول جوبتون: "هناك الكثير من التدخين والعادات الغذائية السيئة هنا".
كنتاكي فقيرة جدا. متوسط دخل الولاية هو 42000 دولار لكل أسرة ، ولكن يمكن أن ينخفض إلى 10000 دولار لأفقر المقاطعات ، حيث ترتفع البطالة إلى 20 ٪ ويعيش ما يقرب من 40 ٪ من السكان تحت خط الفقر الوطني. إذا نظرت إلى خريطة التحصيل العلمي مقابل مستوى الدخل ، "تبدو مساحات شاسعة من كنتاكي مثل المحميات الهندية في نيو مكسيكو" ، كما يقول جوبتون.
يتذكر جوبتون رد فعل أحد أعضاء مجلس إدارة المدرسة في مسقط رأسه عندما تم إخباره لأول مرة عن شبكة Dataseam. "إنه مزارع. يأكله السرطان. كان على قيد الحياة لمجرد نكاية منه. وزرة. الاحذية التي عليها وحل. قال ، "أنا لا أعرف أي شيء عن أجهزة الكمبيوتر ، ولكن إذا كانت ستساعد في محاربة السرطان ، فسنساعد في وضعها الليلة."
يتابع جوبتون: "أكره أن أبدو وكأننا غير أصحاء وغير متعلمين ، لكن لدينا تحديات". كان العمل في كنتاكي تقليديا تعدين الفحم. ولكن مع تقلص الصناعة ، اختفت الوظائف ولم تتحقق وظائف جديدة. يؤدي الافتقار إلى التعليم إلى تفاقم المشكلة. ويضيف: "لكن لدينا أيضًا فرصنا".
يقول هنري هانت ، رئيس العمليات في Dataseam: "قم بتثقيف القوى العاملة ، وستأتي الشركات". "قبل أن يكون مستقبل هؤلاء الأطفال هو التعدين ، ربما. الآن نرسل الأطفال إلى الكلية من خلال المنح الدراسية ".
التعليم هو حقًا ما يحفز فريق Dataseam. هذا هو الجزء الأكثر شغفًا بجوبتون من البرنامج. إن العثور على الأدوية المضادة للسرطان أمر رائع ، لكن إعطاء الأطفال التعليم هو ما يدفعه حقًا.
كانت بعض المدارس تعمل ماكنتوش من عصر LC. الآن يقوم الأطفال بإنتاج البودكاست والنشرات الإخبارية ومقاطع الفيديو الرقمية. إنهم يبثون ألعاب كرة السلة ، ويتواصلون مع الأطفال والجنود الآخرين في الخارج ، ويستخدمونها في الواجبات المدرسية.
تمنح Dataseam حوالي 20 منحة دراسية مدفوعة سنويًا ، ترسل الطلاب إلى جامعتين محليتين - جامعة لويزفيل وجامعة ولاية مورهيد. كما وفرت التدريب والتطوير الوظيفي لحوالي 6000 معلم.
كما قامت بتدريب أكثر من 112 من فنيي تكنولوجيا المعلومات في المدارس بشهادات Apple الاحترافية ، مما يجعل ولاية كنتاكي أعلى تركيز للفنيين المعتمدين من Apple في الولايات المتحدة ، على أساس نصيب الفرد أساس.
يقول جوبتون: "نحن ننمي العقول". "الأمر لا يتعلق بالحصول على ظهر قوي. يتعلق الأمر بما إذا كان بإمكانك التفكير ".
يتابع: "الوظائف التي نحاول خلقها هي التي تخلق اقتصادًا جديدًا في الدولة وثروة مستدامة. نحن نقود التنمية الاقتصادية. نحن نبني البنية التحتية البشرية ورأس المال ".
يتحدث غوبتون عن رجل من مقاطعة مارتن ، حيث كان ليندون ب. أعلن جونسون الحرب على الفقر عام 1964. بدأ عمله بواب في النظام المدرسي بجني أقل من 14 دولارًا في الساعة. درس ليكون مهندس أنظمة معتمد من Apple ، وهو برنامج مدعوم من Dataseam. يعمل الآن في منطقة تعليمية محلية كمحترف تقني معتمد ، ويحقق ربحًا يتراوح بين 50 و 60 ألف دولار في السنة. يقول جوبتون: "هذا الرجل هو أحد نجاحات البرنامج". "يوضح ما هو كل شيء عن التعليم. لقد كان له تأثير هائل على حياته وعائلته ".
يقول جوبتون: "لقد اعتاد الأمر أن يكون حول طبقات الفحم". "الآن أصبحت طبقات البيانات."