V klidném podhůří Kentucky se data honí obrovským superpočítačem. Je to lov nových léků v boji proti rakovině.
DataseamGrid zpracovává každý týden výpočty v hodnotě 300 člověkoletů. Ano, to je 300 let výpočtů každý týden. Objevování drog obvykle trvá 10 až 15 let, ale DataseamGrid prochází touto prací za zlomek obvyklého času. Je to jeden z největších potrubí potenciálních nových léků proti rakovině v zemi. Vědci zde letos zahájí lidské zkoušky nového léku objeveného superpočítačem, který v případě úspěchu může vést ke zcela nové třídě léků proti rakovině.
DataseamGrid je největší mřížkou svého druhu na planetě - monstrózní stroj, který obdržel dosud žádný národní tisk, což je na tak velkém, ambiciózním a úspěšném projektu pozoruhodné.
Největší novinkou ale může být její architektura. Zpracovatelský výkon sítě pochází ze 14 000 obyčejných počítačů iMac, které sedí ve školních třídách po celém Kentucky. DataseamGrid je superpočítač chudého muže, který je spojen z počítačů ve třídě ve zbídačených veřejných školách v celém státě Bluegrass.
Děti v jedné třetině školních čtvrtí Kentucky používají počítače Dataseam každý den. Málokdo tuší, že stroj, který jim pomáhá porozumět zlomkům, také na pozadí provozuje nejmodernější program pro objevování drog.
"Je neintuitivní, že se tento špičkový výzkum provádí v jedné z nejchudších částí země," řekl Brian Gupton, spoluzakladatel a výkonný ředitel Dataseamu.
DataseamGrid je součástí nové vlny projektů výpočetní sítě, které od ET lovu ušly dlouhou cestu SETI@Home chytil titulky v 90. letech. CERN ve Švýcarsku má mřížku 100 000 procesorů, která zkracuje 15 petabajtů dat produkovaných každý rok Velký hadronový urychlovač. Tato mřížka přispěla k objevu Higgsova bosonu „Boží částice“ v roce 2012. V jiných částech Evropy se superpočítačům líbí Evropská síťová infrastruktura a francouzská mřížka moudrosti hledala léky pro boj s ptačí chřipkou, malárií a virem AIDS.
V USA, Projekt FightAIDS @Home spojuje tisíce počítačů při hledání lepších léků proti HIV, zatímco Projekt Einstein@Home hledá důkazy gravitačních vln. Einstein@Home je jedním z nejpopulárnějších projektů distribuované výpočetní techniky a přitahuje více než 300 000 dobrovolníků ve 221 zemích. V únoru 2014 dosáhla síť přibližně 1100 hodin TFLOPS výpočetní síly a řadí se tak mezi prvních 30 světových TOP500 superpočítače.
DataseamGrid se však výrazně liší od dřívějších projektů výpočetní sítě, jako je SETI@Home, a spořič obrazovky, který používal náhradní cykly CPU k hledání známek mimozemské inteligence v rádiových signálech od vesmír. SETI@Home zpracoval úkoly skracující čísla na spořič obrazovky stažený tisíci dobrovolníků-ale uzly nebyly navzájem propojeny. Když byly výpočty dokončeny, každý uzel odeslal výsledky na centralizované servery, které výsledky uvedly do tabulky. Úkol byl distribuován - nikoli samotný superpočítač.
DataseamGrid v Kentucky je spíše obrovský virtuální počítač, který s každým uzlem zachází jako s jednou ze svých procesorových jednotek. Je to virtuální superpočítač, který koordinuje práci napříč uzly a vzniká jeden velký virtuální stroj.
"Grid computing si nikdy nezískal respekt," říká Gupton. "Bylo to považováno za novinku, pěkný způsob, jak vyrábět sady Mandelbrot." Legitimizujeme to jako výpočetní metodu. “
Gupton je výrazně idealistický podnikatel s cumlíkem. Syn uhelného těžaře, zdá se, že ho více zajímá získávání počítačů do učeben, než provozování špičkového výzkumu rakoviny-i když zvládá obojí.
V roce 2001 se Gupton spojil s Dr. Johnem Trentem, výzkumníkem rakoviny na University of Louisville, a dalšími dvěma místními podnikateli: Deanem Hughesem a Henrym Huntem, který je nyní COO Dataseamu. Vydali se na stavbu levného superpočítače.
Soukromé sítě jsou nákladné, stejně jako superpočítače vyrobené z běžného hardwaru, jako je Virginia Tech Velký Mac, který byl vyřazen z provozu v roce 2012. DataseamGrid je jedinečné partnerství veřejného a soukromého sektoru, které je z velké části založeno na hospodářském rozvoji státu fondy, vytvořené za účelem diverzifikace ekonomického profilu Kentucky a vyrovnání klesajícího uhlí státu průmysl.
Kentucky je jedním z nejchudších států v Americe. Jeho východní část pokrývá Appalačské hory, které jsou odedávna spojovány s těžkostmi. Jak nezaměstnanost rostla, k dispozici byly další stimulační peníze. Dataseam používá finanční prostředky na nákup nových počítačů pro školy a na oplátku se připojí k síti. Počítače slouží dvojímu účelu: poskytují nové počítače některým z nejchudších školních čtvrtí v zemi a dávají výzkumníkům rakoviny výkonný superpočítač k vyhledávání léků na rakovinu.
"Budujeme výpočetní infrastrukturu," říká Gupton, "a Johnny to může využít pro svoji školní práci."
Původně byl postaven s Apple Xgrid, softwarovým balíčkem pro distribuované výpočty, který je v systému Mac OS X od 10.4 do 10.7z. S několika vylepšeními a některým proprietárním softwarem Xgrid velmi zjednodušil nastavení systému: přidání bylo snadné nové uzly - stroj, učebna, celá škola - a systém se sotva zachytil, pokud by šly celé okresy offline.
Povolení Xgridu bylo v OS X kliknutím na jedno tlačítko. Systém automaticky detekoval všechny počítače v síti, které byly k dispozici. Pokud již byla zavedena síť počítačů, bylo nastavení clusteru v zásadě zdarma - vše již bylo součástí OS X nebo bylo možné jej stáhnout od společnosti Apple. Univerzity Harvard a Stanford mají klastry Xgrid asi 400 nebo 500 počítačů, z nichž každý provádí úkoly, jako je vyhledávání sekvencí genomu a Rentgenová krystalografie; ale Dataseam je zdaleka největší.
Apple odstranil Xgrid ze Snow Leopard (OS X 10.8), což donutilo Dataseam psát svůj vlastní proprietární gridový software.
Mřížka
Dataseam Grid je monstrózní stroj. Je vyroben ze 14 000 stolních počítačů v 54 školních čtvrtích rozmístěných po celém Kentucky (viz mapa). Projekt se týká asi 100 000 dětí a až 8 000 učitelů. IMacy mají dvoujádrové procesory běžící na 1,83 GHz nebo lepší. Jsou více než dost silné na to, aby mohly na pozadí spouštět zpracování mřížky. Některé školy mají v síti stovky strojů; ostatní jich mají desítky. Většina počítačů je relativně nová.
"Teoreticky máme některé školní čtvrti se stejnými koňskými silami jako Los Alamos," říká Gupton s odkazem na superpočítače jaderného testování na Národní laboratoř Los Alamos.
Dataseam Grid je propojen přes gigabitovou páteř vláken z školních čtvrtí. Během posledních několika let spojil stát Kentucky většinu svých škol s velmi rychlou infrastrukturou s velkou šířkou pásma. To bylo do značné míry kvůli federálním financování eRate od FCC pro páteřní komunikační projekty, které udělují dotace na základě počtu studentů na obědové programy zdarma nebo se sníženou sazbou. Mnoho Kentucky škol má až 80 až 90 procent zápisu.
Mřížka je extrémně flexibilní. Dataseam může i nadále přidávat a upgradovat stroje, přidávat třídu nebo celou školní čtvrť.
"Je to velmi nákladově efektivní způsob, jak to udělat," říká Gupton.
Mřížka Dataseamu se nikdy nezastaví. "Jsme v provozu 24/7, i když jsou děti na bednách," říká Gupton. Výpočetní úlohy mohou být náročné na procesor, ale Gupton a Trent musí zajistit, aby nepřetěžovaly počítače.
"Cokoli provozujeme, nemůže to ovlivnit výkon klienta," říká Trent. "Nemůžeme zpomalit třetinu počítačů pro vzdělávání ve školních čtvrtích."
V budoucnosti, říká Gupton, budou veřejné/soukromé sítě jako Dataseam sloužit jako nástroje a budou nabízet velké množství výzkumných programů na vyžádání. Je to forma cloud computingu. Stejně jako Amazon pronajímá volnou kapacitu svých obrovských datových center, budou moci korporace a školy využívat nevyužité cykly CPU ve svých sítích.
"Když jsme s Brianem zahájili výzkum, měli jsme pět procesorů," říká Trent. "Neuvěřitelně se to rozrostlo." Všechno, co jsme dělali v prvním roce, můžeme nyní zvládnout za jednu noc. “
Nicméně, když Apple přestal Xgrid, superpočítače a klastry založené na počítačích Mac se staly vzácností. Superpočítač Virginia Tech byl vyřazen z provozu a v poslední době jsem nemohl najít žádnou zmínku o počítačích Mac Top500 seznam nejrychlejších strojů na světě. Profesor Jack Dongarra, který vede seznam, říká, že žádné neexistují. "Nemyslím si, že by na Top500 byly nějaké clustery Maců," řekl.
Výzkum
Trent a jeho kolegové hledají chemikálie, které naruší nebo zastaví růst rakoviny. Na základě technik modelování, které právě vyhrály 2013 Nobelova cena za chemii„Sestavili simulátor, který vezme 3D model rakovinového proteinu a porovná ho s molekulárním modelem chemikálie. Mřížka pohybuje 3D modely a snaží se je spojit jako 3D skládačka. Shoda představuje potenciální protirakovinné léčivo. Pokud se chemikálie silně váže na protein, může být schopná zastavit jeho růst v rakovinné buňce. Pracují s knihovnou 20 milionů chemikálií.
Trent a jeho tým spolupracují s dalšími 14 skupinami pro výzkum rakoviny po celé zemi i na mezinárodní úrovni. Pokud se rozhodnou, že cíl je přístupný modelování - a ne všichni - a jde na mřížku, aby byl porovnán s chemickou knihovnou. Mřížka se může během jednoho víkendu promíchat přes 7 milionů sloučenin. Na jeden běh produkuje asi 1,6 TB dat. Výsledky jsou vráceny o několik dní později. Pokud mřížka vrátí slibné zápasy, Trentův tým testuje chemikálie fyzicky v laboratoři. Rakovinové proteiny a chemikálie se v laboratoři smíchají, aby se zjistilo, zda se vážou - co se nazývá funkční test. Pokud tak učiní, chemikálie-nyní potenciální protirakovinné léčivo-může pokračovat v dlouhé sérii zkoušek, aby se otestovala její vhodnost pro léčbu lidské rakoviny.
"Věci týkající se objevování drog trvají několik dní," říká Trent. "Klinické testování trvá roky."
Dataseam urychluje proces objevování léčiv o řády. Před deseti lety by tuto práci provedly týmy studentů gradů pomocí Petriho misek. Míchali směs za sloučeninou, aby zjistili, zda existuje vazba. Nyní lze stejné testy simulovat a virtuálně otestovat vazby. Veškerý výzkum je řízen jediným iMacem v Trentově kanceláři.
V USA existují pouze dvě nebo tři další centra pro výzkum rakoviny, která provádějí podobné vysoce výkonné projekce pomocí superpočítačů, mezi nimi Georgetown, University of Michigan a University of California v San Francisco.
DataseamGrid prozkoumal více než 250 různých cílů rakoviny a našel 30 chemikálií, které byly klinicky ověřeny. Jeden z potenciálních léků objevených mřížkou se chystá projít lidskými zkouškami. Je to pro léčbu solidních nádorů; to znamená, že většina rakoviny je jiná než leukémie. Trent říká, že pokud bude úspěšná, může tato sloučenina představovat novou třídu protirakovinných léků. Je ironií, že některé z nejslibnějších protirakovinných sloučenin výzkumného programu pocházejí z tabáku-jedné z největších tržních plodin státu.
Proces klinického testování je však těžkou součástí. Dva potenciální léky, dříve objevené v univerzitním rakovinovém centru, byly až do loňského roku ve fázi II testování. Společnost provádějící testy se dostala do finančních potíží a zkoušky jsou pozastaveny. Trent říká, že doufá, že jeden z léků znovu zadá testy později v tomto roce. Druhý je v klinickém limbu. "To je obchod s drogami," uznává.
Trent doufá, že mřížkové počítače mohou znamenat revoluci v objevování léků u vzácnějších druhů rakoviny, které kvůli ekonomice nepřitahují pozornost farmaceutik. Zejména se zajímá o rakovinu dětství. "Na výzkum pro děti nejsou peníze," říká. "Rakovina je nemoc starších lidí."
Nastavení
Kentucky je nepravděpodobné místo, kde by se provozoval nejmodernější program lékařského výzkumu. Známý pro svůj bourbon, smažené jídlo a tabák, míra rakoviny je zde o 220% vyšší než celostátní průměr. Vede národ s rakovinou plic a tlustého střeva a konečníku, stejně jako srdeční choroby.
"Je tu hodně kouření a špatných dietních návyků," říká Gupton.
Kentucky je velmi chudá. Střední státní příjem je 42 000 $ na rodinu, ale může klesnout až na 10 000 $ v nejchudších krajích, kde nezaměstnanost stoupá na 20% a téměř 40% populace žije pod národní hranicí chudoby. Když se podíváte na mapu dosaženého vzdělání proti úrovni příjmu, „velké pruhy Kentucky vypadají jako indiánské rezervace v Novém Mexiku,“ říká Gupton.
Gupton si vzpomíná na reakci člena školní rady svého rodného města, když poprvé hovořil o datové síti. "Je to farmář." Sžírá se rakovinou. Byl naživu, jen aby to navzdory. Montérky. Zablácené boty. Řekl: „Nevím nic o počítačích, ale pokud to pomůže v boji proti rakovině, pomůžeme to dnes večer uvést.“
Gupton pokračuje: „Nerad zní, že jsme nezdraví a nevzdělaní, ale máme své výzvy.“ Zaměstnaností v Kentucky byla tradičně těžba uhlí. Ale jak se průmysl zmenšil, pracovní místa zmizela a nová se nerealizovala. Nedostatek vzdělání problém jen zhoršuje. "Ale máme také své příležitosti," dodává.
"Vzdělávejte pracovní síly a společnosti přijdou," říká Henry Hunt, provozní ředitel Dataseamu. "Než mohla být budoucnost těchto dětí těžba, možná." Nyní posíláme děti na vysokou školu se stipendiem. “
Vzdělání je opravdu to, co tým Dataseamu rozjede. Toto je část programu, pro kterou je Gupton nejvášnivější. Hledání protirakovinných léků je skvělé, ale poskytnout mu vzdělání je to, co ho skutečně pohání.
Některé školy běžely Macy z LC-éra. Nyní děti produkují podcasty, zpravodaje a digitální videa. Streamují basketbalové hry, komunikují s ostatními dětmi a vojsky v zámoří a používají je pro školní úkoly.
Dataseam každoročně uděluje asi 20 placených stipendií a vysílá studenty na dvě místní univerzity - University of Louisville a Morehead State University. Poskytla také školení a kariérní rozvoj asi 6 000 učitelům.
Rovněž vyškolila více než 112 školních IT techniků s profesionální certifikací Apple, což z Kentucky činí nejvyšší koncentraci techniků certifikovaných společností Apple v USA na jednoho obyvatele základ.
"Roste nám mysl," říká Gupton. "Nejde o to mít silná záda." Jde o to, jestli umíš přemýšlet. "
Pokračuje: „Pracovní místa, která se snažíme vytvořit, jsou ta, která vytvářejí novou ekonomiku státu a udržitelné bohatství. Řídíme ekonomický rozvoj. Budujeme lidskou infrastrukturu a kapitál. “
Gupton mluví o muži z Martin County, kde Lyndon B. V roce 1964 vyhlásil Johnson válku chudobě. Začínal jako školník ve školním systému a vydělával méně než 14 dolarů za hodinu. Vystudoval certifikovaný systémový inženýr Apple, program podporovaný společností Dataseam. Nyní pracuje v místní školní čtvrti jako certifikovaný technologický profesionál a vydělává 50–60 000 $ ročně. "Ten chlap je jedním z úspěchů programu," říká Gupton. "Ukazuje, o čem vzdělání je." To mělo obrovský dopad na jeho život a jeho rodinu. “
"Dříve to bylo o slojích uhlí," říká Gupton. "Teď jsou to shluky dat."