U mirnom podnožju Kentuckyja, ogromno superračunalo vrti se podacima. U potrazi je za novim lijekovima za borbu protiv raka.
Svaki tjedan DataseamGrid obrađuje proračune vrijedne 300 ljudi-godina. Da, to je 300 godina kalkulacija svaki tjedan. Otkrivanje lijekova obično traje 10 do 15 godina, ali DataseamGrid prolazi kroz taj posao u djeliću uobičajenog vremena. To je jedan od najvećih kanala potencijalnih novih lijekova protiv raka u zemlji. Ovdje će istraživači ove godine započeti s ispitivanjem novog lijeka koje je superračunalo otkrilo na ljudima, a koji bi, ako uspije, mogao dovesti do potpuno nove klase lijekova protiv raka.
DataseamGrid najveća je mreža te vrste na planeti - čudovišni stroj koji je primio do sada nema nacionalnog tiska, što je izvanredno za tako veliki, ambiciozan i uspješan projekt.
No najveća inovacija može biti njegova arhitektura. Mrežna procesorska snaga dolazi od 14.000 običnih iMac računara koji sjede u školskim učionicama raspoređenim po Kentuckyju. DataseamGrid je superračunalo siromašnih ljudi, povezano s računala u učionici u osiromašenim javnim školama diljem države Bluegrass.
Djeca u jednoj trećini školskih okruga u Kentuckyju svakodnevno koriste računala Dataseam. Malo tko ima pojma da stroj koji im pomaže razumjeti frakcije također u pozadini pokreće najsuvremeniji program otkrivanja lijekova.
"Kontinuirano je da se ovo vrhunsko istraživanje provodi u jednom od najsiromašnijih dijelova zemlje", rekao je Brian Gupton, suosnivač i izvršni direktor Dataseama.
DataseamGrid dio je novog vala projekata grid-computinga koji su prešli dug put od lova na ET SETI@Home zauzeli naslovnice 1990 -ih. CERN u Švicarskoj ima mrežu od 100 000 procesora koja sažima 15 petabajta podataka koje svake godine proizvede Veliki hadronski sudarač. Ta je mreža pridonijela otkriću Higgsovog bozona "Božje čestice" 2012. godine. U drugim dijelovima Europe superračunala poput Europska mrežna infrastruktura i francuska mreža Wisdom tražili su lijekove za borbu protiv ptičje gripe, malarije i virusa AIDS -a.
U SAD -u, FightAIDS @Home projekt povezuje tisuće računala u potrazi za boljim lijekovima protiv HIV-a, dok Projekt Einstein@Home traži dokaze gravitacijskih valova. Einstein@Home jedan je od najpopularnijih distribuiranih računalnih projekata koji privlači više od 300.000 volontera u 221 zemlji. U veljači 2014. mreža je radila oko 1.100 TFLOPS računske moći, stavljajući je u prvih 30 svjetskih TOP500 superračunala.
No DataseamGrid značajno se razlikuje od ranijih projekata grid računalstva poput SETI@Home, a screensaver koji je koristio rezervne cikluse procesora za traženje znakova vanzemaljske inteligencije u radio signalima svemir. SETI@Home izradio je zadatke za skidanje brojeva na čuvar zaslona koji su preuzele tisuće volontera-ali čvorovi nisu bili međusobno povezani. Kada su izračuni završeni, svaki čvor je učitao rezultate na centralizirane poslužitelje, koji su tabelarno prikazali rezultate. Zadatak je distribuiran - ne samo superračunalo.
DataseamGrid u Kentuckyju više je nalik ogromnom, virtualnom stroju koji tretira svaki čvor kao jednu od njegovih procesnih jedinica. To je virtualno superračunalo koje koordinira rad na čvorovima, a ono što se pojavi je jedan veliki, virtualni stroj.
"Grid računarstvo nikada nije zaslužilo poštovanje", kaže Gupton. “To je viđeno kao novost, lijep način izrade Mandelbrotovih setova. Ozakonjujemo to kao računalnu metodu. "
Gupton je izrazito plavi ovratnik idealist-sperma-poduzetnik. Čini se da je sin rudara ugljena više zainteresiran za uvođenje računala u učionice nego za suvremena istraživanja raka-iako uspijeva oba.
Godine 2001. Gupton se udružio s dr. Johnom Trentom, istraživačem raka na Sveučilištu Louisville, i još dva lokalna poduzetnika: Deanom Hughesom i Henryjem Huntom, koji je danas glavni izvršni direktor Dataseama. Krenuli su jeftino izgraditi superračunalo.
Privatne mreže su skupe, kao i superračunala napravljena od gotovog hardvera, poput Virginia Tech-a Big Mac, koji je ugašen 2012. DataseamGrid je jedinstveno javno/privatno partnerstvo, izgrađeno uglavnom korištenjem državnog gospodarskog razvoja fondovi, osnovani kako bi diverzificirali gospodarski profil Kentuckyja i nadoknadili smanjenje ugljena u državi industrija.
Kentucky je jedna od najsiromašnijih država u Americi. Njegov istočni dio obuhvaća Apalačke planine, koje su dugo bile povezane s teškoćama. S porastom nezaposlenosti, sve više poticajnog novca postaje dostupno. Dataseam koristi sredstva za kupnju novih računala za škole, a u zamjenu se pridružuju mreži. Računala imaju dvostruku svrhu: pružaju nova računala nekim od najsiromašnijih školskih okruga u zemlji, a istraživačima raka daju moćno superračunalo u potrazi za lijekovima protiv raka.
"Gradimo računalnu infrastrukturu", kaže Gupton, "a Johnny to može koristiti za svoj školski posao."
Prvotno je izgrađen s Appleovim Xgridom, softverskim paketom za distribuirano računanje pečenim u Mac OS X od 10.4 do 10.7z. Uz nekoliko ugađanja i nešto vlasničkog softvera, Xgrid je postavljanje sustava učinio vrlo jednostavnim: bilo je lako dodati novi čvorovi - stroj, učionica, cijela škola - i sustav je jedva štucao ako su otišli čitavi okruzi offline.
Omogućavanje Xgrida bilo je jednim pritiskom na gumb u OS X. Sustav je automatski otkrio sve strojeve na mreži koji su bili dostupni. Ako je već bila uspostavljena mreža računala, postavljanje klastera bilo je u osnovi besplatno - sve je već bilo uključeno u OS X ili ga je Apple mogao preuzeti. Sveučilišta Harvard i Stanford imaju Xgrid grupe od oko 400 ili 500 računala od kojih svaki obavlja zadatke poput pretraživanja sekvenci genoma i Rentgenska kristalografija; ali Dataseam je daleko najveći.
Apple je uklonio Xgrid iz Snow Leoparda (OS X 10.8), prisilivši Dataseam da napiše vlastiti vlastiti softver za mrežu.
Mreža
Dataseam Grid je čudovišni stroj. Izrađen je od 14 000 stolnih računala u 54 školska okruga raspoređena po Kentuckyju (vidi kartu). Projekt zahvaća oko 100.000 djece i do 8.000 učitelja. IMac-i imaju dvojezgrene procesore koji rade na 1,83 GHz ili bolje. Oni su više nego dovoljno moćni za pokretanje obrade mreže u pozadini. Neke škole imaju stotine strojeva na mreži; drugi imaju desetke. Većina računala su relativno nova.
"Teoretski, imamo neke školske četvrti s toliko konjskih snaga kao Los Alamos", kaže Gupton, misleći na superračunala za nuklearna ispitivanja u Nacionalni laboratorij Los Alamos.
Mreža Dataseam povezana je preko gigabitne okosnice školskih okruga. U posljednjih nekoliko godina država Kentucky povezala je većinu svojih škola s vrlo brzom infrastrukturom velike propusnosti. To je uvelike bilo posljedica saveznih eRate financiranje iz FCC-a za projekte komunikacijske okosnice, koji dodjeljuje subvencije na temelju broja učenika na besplatnim ili sniženim programima ručka. Mnoge škole u Kentuckyju imaju do 80 do 90 posto upisanih.
Rešetka je izuzetno fleksibilna. Dataseam može stalno dodavati i nadograđivati strojeve, dodajući učionicu ili čitav školski okrug.
"To je vrlo isplativ način da to učinite", kaže Gupton.
Mreža Dataseam nikada ne prestaje. "Radimo 24 sata dnevno, čak i kad su djeca na kutijama", kaže Gupton. Računalni zadaci mogu biti intenzivni za procesor, ali Gupton i Trent moraju paziti da ne preopterete računala.
"Sve što vodimo ne može utjecati na performanse klijenta", kaže Trent. "Ne možemo usporiti trećinu obrazovnih računala školskih okruga."
Gupton kaže da će ubuduće javne/privatne mreže poput Dataseama poslužiti kao pomoćni programi, nudeći skraćivanje broja na zahtjev za velike istraživačke programe. To je oblik računalstva u oblaku. Baš kao što Amazon iznajmljuje slobodne kapacitete svojih ogromnih podatkovnih centara, korporacije i škole moći će iskoristiti neiskorištene cikluse procesora u svojim mrežama.
"Kad smo Brian i ja započeli istraživanje, imali smo pet procesora", kaže Trent. “Nevjerojatno je naraslo. Sve što smo radili u prvoj godini sada možemo učiniti u jednoj noći. ”
Međutim, s Appleovim ukidanjem Xgrida, superračunala i klasteri temeljeni na Macu postaju rijetkost. Superračunalo Virginia Tech je stavljeno van pogona, a u najnovijim nisam mogao pronaći nikakav spomen Mac računala Top500 lista najbržih strojeva na svijetu. Profesor Jack Dongarra, koji vodi popis, kaže da ih nema. "Mislim da na Top500 nema Mac klastera", rekao je.
Istraživanje
Trent i njegove kolege traže kemikalije koje će poremetiti ili spriječiti rast raka. Na temelju tehnika modeliranja koje su upravo osvojile Nobelova nagrada za kemiju 2013, izgradili su simulator koji uzima 3D model proteina raka i uspoređuje ga s molekularnim modelom kemikalije. Rešetka pomiče 3D modele, pokušavajući ih spojiti poput 3D slagalice. Šibica predstavlja potencijalni lijek protiv raka. Ako se kemikalija snažno veže za protein, možda će moći zaustaviti njegov rast u stanici raka. Oni rade s bibliotekom od 20 milijuna kemikalija.
Trent i njegov tim surađuju s 14 drugih grupa za istraživanje raka u cijeloj zemlji i u svijetu. Ako odluče da je cilj podložan modeliranju - a ne svi - i ide na mrežu kako bi se uskladio s kemijskom knjižnicom. Mreža može probiti 7 milijuna spojeva u jednom vikendu. Proizvodi oko 1,6TB podataka po pokretanju. Rezultati se vraćaju nekoliko dana kasnije. Ako mreža vrati obećavajuće utakmice, Trentov tim fizički testira kemikalije u laboratoriju. Proteini i kemikalije raka miješaju se zajedno u laboratoriju kako bi se vidjelo vežu li se - što je poznato kao funkcionalni test. Ako to učine, kemikalija-sada potencijalni lijek protiv raka-mogla bi krenuti u dugi niz ispitivanja kako bi ispitala svoju prikladnost za liječenje raka kod ljudi.
"Otkrivanje lijekova traje nekoliko dana", kaže Trent. "Kliničko ispitivanje traje godinama."
Dataseam po redoslijedu ubrzava proces otkrivanja lijekova. Prije deset godina ovaj bi posao izveli timovi studenata koji koriste Petrijeve zdjele. Miješali bi spoj po spoj da vide postoji li vezivanje. Sada se ti isti testovi mogu simulirati, a vezivanja virtualno testirati. Sva istraživanja kontrolira jedan iMac u Trentovu uredu.
U SAD-u postoje samo dva ili tri druga istraživačka centra za rak koji provode slične preglede velike učinkovitosti koristeći superračunala, među njima Georgetown, Sveučilište Michigan i Kalifornijsko sveučilište u San Francisco.
Do sada je DataseamGrid ispitao više od 250 različitih meta raka i pronašao 30 kemikalija koje su klinički provjerene. Jedan od potencijalnih lijekova koje je mreža otkrila uskoro će se testirati na ljudima. Služi za liječenje solidnih tumora; odnosno većina karcinoma osim leukemije. Trent kaže da ako uspije, spoj može predstavljati novu klasu lijekova protiv raka. Ironično, neki od najperspektivnijih spojeva protiv raka u istraživačkom programu potječu od biljke duhana-jedne od najvećih državnih usjeva gotovine.
Međutim, proces kliničkog ispitivanja najteži je dio. Dva potencijalna lijeka koja su prethodno otkrivena u sveučilišnom centru za rak bila su u fazi II testiranja do prošle godine. Tvrtka koja je vodila testove naišla je na financijske probleme i suđenja su na čekanju. Trent kaže da se nada da će jedan od lijekova ponovno proći testove kasnije ove godine. Drugi je u kliničkom limbu. "To je posao s drogom", priznaje.
Trent se nada da grid računala mogu revolucionirati otkriće lijekova za rjeđe karcinome, koji farmaceutske proizvode ne privlače pozornost zbog ekonomije. Posebno ga zanimaju rakovi u djetinjstvu. "Nema novca u istraživanju za djecu", kaže on. "Rak je bolest starijih osoba."
Postavka
Kentucky je malo vjerojatno mjesto za izvođenje najsuvremenijeg medicinskog istraživačkog programa. Poznate po burbonu, prženoj hrani i duhanu, stope raka ovdje su 220% veće od nacionalnog prosjeka. Vodi naciju s rakom pluća i kolorektalnog karcinoma, kao i srčanim bolestima.
"Ovdje ima puno pušenja i loših prehrambenih navika", kaže Gupton.
Kentucky je jako siromašan. Srednji državni prihod iznosi 42.000 USD po obitelji, ali može pasti i do 10.000 USD u najsiromašnijim županijama, gdje se nezaposlenost penje na 20%, a gotovo 40% stanovništva živi ispod nacionalne granice siromaštva. Ako pogledate kartu obrazovnih postignuća u odnosu na razinu prihoda, "veliki dijelovi Kentuckyja izgledaju poput indijskih rezervata u Novom Meksiku", kaže Gupton.
Gupton se sjeća reakcije člana školskog odbora svog rodnog grada kada je prvi put rekao za Dataseam Grid. “On je poljoprivrednik. Izjedani rakom. Bio je živ samo uprkos tome. Kombinezoni. Mutne čizme. Rekao je: 'Ne znam ništa o računalima, ali ako će to pomoći u borbi protiv raka, mi ćemo pomoći da se to uvede večeras.' '
Gupton nastavlja: "Mrzim zvučati kao da smo nezdravi i neobrazovani, ali imamo svoje izazove." Zaposlenje u Kentuckyju tradicionalno je bilo rudarstvo. No, kako se industrija smanjila, radna mjesta su nestala, a nova se nisu materijalizirala. Nedostatak obrazovanja samo pogoršava problem. "Ali i mi imamo svoje mogućnosti", dodaje.
"Obrazujte radnu snagu i tvrtke će doći", kaže Henry Hunt, glavni operativni direktor Dataseama. “Prije nego što je budućnost ove djece bila rudarstvo, možda. Sada šaljemo djecu na fakultete sa stipendijama. "
Obrazovanje je zapravo ono što zapali Dataseam tim. Ovo je dio programa za koji je Gupton najstrastveniji. Pronalaženje lijekova protiv raka je super, ali obrazovanje je ono što ga zaista pokreće.
Neke su škole radile Macovi iz LC doba. Sada djeca proizvode podcaste, biltene i digitalne videozapise. Prenose košarkaške utakmice, komuniciraju s drugom djecom i trupama u inozemstvu i koriste ih za školske poslove.
Dataseam dodjeljuje oko 20 plaćenih stipendija godišnje, šaljući studente na dva lokalna sveučilišta - Sveučilište Louisville i Sveučilište Morehead State. Također je osigurao obuku i razvoj karijere za oko 6000 učitelja.
Također je obučilo više od 112 školskih IT tehničara s Appleovim profesionalnim certifikatima, čime je Kentucky najveća koncentracija tehničara s Apple certifikatom u SAD-u, po glavi stanovnika temelj.
"Rastemo umovi", kaže Gupton. “Ne radi se o jakim leđima. Radi se o tome možete li razmišljati. "
On nastavlja: „Poslovi koje pokušavamo otvoriti su oni koji stvaraju novu ekonomiju u državi i održivo bogatstvo. Pokrećemo gospodarski razvoj. Gradimo ljudsku infrastrukturu i kapital. "
Gupton govori o čovjeku iz okruga Martin, gdje je Lyndon B. Johnson je objavio rat siromaštvu 1964. godine. Počeo je kao domar u školskom sustavu zarađujući manje od 14 dolara po satu. Studirao je za ovlaštenog inženjera sustava Apple, program koji podržava Dataseam. Sada radi u lokalnoj školskoj četvrti kao certificirani stručnjak za tehnologiju, zarađujući 50-60.000 dolara godišnje. "Ovaj tip je jedan od uspjeha programa", kaže Gupton. “On pokazuje što je obrazovanje. To je imalo ogroman utjecaj na njegov život i njegovu obitelj. ”
"Nekada se radilo o šavovima ugljena", kaže Gupton. "Sada su to šavovi podataka."