켄터키의 조용한 산기슭에서 거대한 슈퍼컴퓨터가 데이터를 휘젓고 있습니다. 암과 싸울 수 있는 새로운 약물을 찾고 있습니다.
매주 DataseamGrid는 300인년 분량의 계산을 처리합니다. 그래, 그건 300년의 계산이야 매주. 약물 발견에는 일반적으로 10~15년이 걸리지만 DataseamGrid는 평소보다 훨씬 짧은 시간에 작업을 완료합니다. 이는 국내 최대의 잠재적인 항암제 파이프라인 중 하나입니다. 여기 연구원들은 슈퍼컴퓨터가 발견한 신약에 대한 인간 실험을 올해 시작하려고 합니다. 이 신약은 성공할 경우 완전히 새로운 종류의 암 치료제로 이어질 수 있습니다.
DataseamGrid는 지구상에서 가장 큰 그리드입니다. 이렇게 크고 야심차고 성공적인 프로젝트에 대해 주목할 만한 국내 언론은 지금까지 없었습니다.
그러나 가장 큰 혁신은 아키텍처일 수 있습니다. Grid의 처리 능력은 켄터키 전역에 퍼져 있는 학교 교실에 설치된 14,000대의 일반 iMac에서 나옵니다. DataseamGrid는 Bluegrass 주 전역의 빈곤한 공립학교의 교실 컴퓨터와 연결된 가난한 사람의 슈퍼컴퓨터입니다.
Kentucky 학군의 3분의 1의 아이들이 매일 Dataseam 컴퓨터를 사용합니다. 분수를 이해하는 데 도움이 되는 기계가 백그라운드에서 최첨단 약물 발견 프로그램을 실행하고 있다는 사실을 아는 사람은 거의 없습니다.
Dataseam의 공동 설립자이자 전무이사인 Brian Gupton은 "이 고급 연구가 미국에서 가장 가난한 지역 중 하나에서 수행되고 있다는 것은 직관에 어긋납니다.
DataseamGrid는 ET 헌팅 이후 먼 길을 온 그리드 컴퓨팅 프로젝트의 새로운 물결의 일부입니다. SETI@홈 1990년대 헤드라인을 장식했다. 스위스의 CERN은 100,000 프로세서 그리드를 보유하고 있으며 이 그리드에서 매년 15페타바이트의 데이터를 대형 강입자 충돌기. 그 그리드는 2012년 힉스 입자 "신 입자"의 발견에 기여했습니다. 유럽의 다른 지역에서는 다음과 같은 슈퍼컴퓨터가 있습니다. 유럽 그리드 인프라 프랑스의 Wisdom grid는 조류 독감, 말라리아 및 AIDS 바이러스 퇴치를 위한 약물을 찾고 있습니다.
미국에서는 FightAIDS @홈 프로젝트 더 나은 항HIV 약물을 찾기 위해 수천 대의 컴퓨터를 연결하고, Einstein@Home 프로젝트 중력파의 증거를 찾고 있습니다. Einstein@Home은 가장 인기 있는 분산 컴퓨팅 프로젝트 중 하나로 221개국에서 300,000명 이상의 자원 봉사자를 유치하고 있습니다. 2014년 2월에 네트워크는 약 1,100개를 기록했습니다. TFLOPS 전 세계 30위권 안에 드는 컴퓨팅 파워 TOP500 슈퍼컴퓨터.
그러나 DataseamGrid는 SETI@Home과 같은 이전 그리드 컴퓨팅 프로젝트와 현저히 다릅니다. 여분의 CPU 사이클을 사용하여 무선 신호에서 외계인 지능의 징후를 찾는 화면 보호기 대기권 밖. SETI@Home은 수천 명의 자원 봉사자가 다운로드한 화면 보호기에 숫자 계산 작업을 수행했지만 노드는 서로 연결되지 않았습니다. 계산이 완료되면 각 노드는 결과를 표로 만든 중앙 서버에 결과를 업로드했습니다. 슈퍼컴퓨터 자체가 아니라 작업이 분산되었습니다.
켄터키의 DataseamGrid는 각 노드를 처리 장치 중 하나로 취급하는 방대한 가상 머신에 가깝습니다. 노드 전체에서 작업을 조정하는 가상 슈퍼컴퓨터이며 등장하는 것은 하나의 거대한 가상 머신입니다.
Gupton은 “그리드 컴퓨팅은 결코 존경을 받지 못했습니다. “만델브로 세트를 만드는 참신하고 좋은 방법으로 여겨졌습니다. 우리는 그것을 컴퓨팅 방식으로 합법화하고 있습니다.”
Gupton은 분명히 블루칼라 이상주의자이자 기업가입니다. 탄광의 아들인 그는 최첨단 암 연구를 실행하는 것보다 교실에 컴퓨터를 도입하는 데 더 관심이 있는 것 같습니다.
2001년에 Gupton은 Louisville 대학의 암 연구원인 Dr. John Trent와 다른 두 지역 기업가인 Dean Hughes와 현재 Dataseam의 COO인 Henry Hunt와 협력했습니다. 그들은 저렴한 비용으로 슈퍼컴퓨터를 만들기 시작했습니다.
버지니아 공대(Virginia Tech)와 같은 기성품 하드웨어로 만든 슈퍼컴퓨터와 마찬가지로 사설 그리드는 비용이 많이 듭니다. 빅맥, 2012년에 폐지되었습니다. DataseamGrid는 국가 경제 개발을 주로 사용하여 구축된 고유한 공공/민간 파트너십입니다. 켄터키주의 경제 프로필을 다양화하고 주의 석탄 감소를 상쇄하기 위해 설립된 기금 산업.
켄터키는 미국에서 가장 가난한 주 중 하나입니다. 동부 지역은 오랫동안 고난과 관련되어 온 애팔래치아 산맥을 덮고 있습니다. 실업이 급증함에 따라 더 많은 경기 부양 자금을 사용할 수 있게 되었습니다. Dataseam은 자금을 사용하여 학교용 새 컴퓨터를 구입하고 그 대가로 그리드에 합류합니다. 컴퓨터는 이중 목적을 수행합니다. 미국에서 가장 가난한 학군에 새 컴퓨터를 제공하고 암 연구자들에게 항암제를 검색할 수 있는 강력한 슈퍼컴퓨터를 제공합니다.
Gupton은 "우리는 컴퓨팅 인프라를 구축하고 있으며 Johnny는 이를 학교 과제에 사용할 수 있습니다."라고 말합니다.
그것은 원래 10.4에서 10.7z까지 Mac OS X에 구운 분산 컴퓨팅용 소프트웨어 패키지인 Apple의 Xgrid로 구축되었습니다. 몇 가지 조정과 일부 독점 소프트웨어를 통해 Xgrid는 시스템 설정을 매우 간단하게 만들었습니다. 새로운 노드(기계, 교실, 학교 전체)와 전체 학군이 오프라인.
Xgrid를 활성화하는 것은 OS X에서 원 버튼 클릭이었습니다. 시스템은 사용 가능한 네트워크의 모든 시스템을 자동으로 감지했습니다. 컴퓨터 네트워크가 이미 있는 경우 클러스터 설정은 기본적으로 무료였습니다. 모든 것이 이미 OS X에 포함되어 있거나 Apple에서 다운로드할 수 있습니다. 하버드 대학과 스탠포드 대학에는 각각 게놈 서열 검색 및 X선 결정학; 그러나 Dataseam은 단연 가장 큽니다.
Apple은 Snow Leopard(OS X 10.8)에서 Xgrid를 제거하여 Dataseam이 자체 독점 그리드 소프트웨어를 작성하도록 했습니다.
그리드
Dataseam Grid는 괴물 기계입니다. 켄터키주 전역에 흩어져 있는 54개 학군에 있는 14,000대의 데스크톱 컴퓨터로 만들어졌습니다(지도 참조). 이 프로젝트는 약 100,000명의 어린이와 최대 8,000명의 교사에게 영향을 미칩니다. iMac에는 1.83GHz 이상에서 실행되는 듀얼 코어 프로세서가 있습니다. 백그라운드에서 그리드 처리를 실행할 만큼 강력합니다. 일부 학교에는 그리드에 수백 대의 기계가 있습니다. 다른 사람들은 수십 가지가 있습니다. 대부분의 컴퓨터는 비교적 새 것입니다.
Gupton은 핵 실험용 슈퍼컴퓨터를 언급하며 "이론적으로는 Los Alamos만큼 많은 마력을 지닌 학군이 있습니다. 로스 알라모스 국립 연구소.
Dataseam Grid는 학군의 기가비트 광섬유 백본을 통해 함께 연결됩니다. 지난 몇 년 동안 켄터키 주는 대부분의 학교를 매우 빠른 고대역폭 인프라로 연결했습니다. 이것은 주로 연방 eRate 펀딩 무료 또는 할인 급식 프로그램에 참여하는 학생 수에 따라 보조금을 지급하는 백본 커뮤니케이션 프로젝트에 대한 FCC의 지원. 많은 켄터키주의 학교는 등록률이 80~90%에 달합니다.
그리드는 매우 유연합니다. Dataseam은 머신을 계속 추가 및 업그레이드하여 교실 또는 전체 학군을 추가할 수 있습니다.
Gupton은 "그것은 매우 비용 효율적인 방법입니다."라고 말합니다.
Dataseam 그리드는 결코 멈추지 않습니다. Gupton은 "아이들이 상자 위에 있을 때도 연중무휴로 운영하고 있습니다."라고 말합니다. 컴퓨팅 작업은 프로세서 집약적일 수 있지만 Gupton과 Trent는 컴퓨터에 과부하가 걸리지 않도록 해야 합니다.
"우리가 실행하는 것이 무엇이든 클라이언트의 성능에 영향을 줄 수 없습니다."라고 Trent는 말합니다. “교육구 교육용 컴퓨터의 1/3을 늦출 수는 없습니다.”
Gupton은 미래에 Dataseam과 같은 공공/개인 그리드가 대규모 연구 프로그램을 위한 주문형 번호 처리를 제공하는 유틸리티 역할을 할 것이라고 말합니다. 클라우드 컴퓨팅의 한 형태입니다. Amazon이 대규모 데이터 센터의 여유 용량을 임대하는 것처럼 기업과 학교는 네트워크에서 사용하지 않는 CPU 주기를 활용할 수 있습니다.
"Brian과 내가 연구를 시작했을 때 우리는 5개의 프로세서를 가지고 있었습니다."라고 Trent는 말합니다. “놀라울 정도로 성장했다. 첫해에 했던 모든 것을 이제 하룻밤 사이에 할 수 있습니다.”
하지만 애플의 엑스그리드 단종으로 맥 기반 슈퍼컴퓨터와 클러스터는 점점 희소화되고 있다. 버지니아 공대의 슈퍼컴퓨터는 사용이 중단되었으며 최근에 Mac에 대한 언급을 찾을 수 없었습니다. 세계에서 가장 빠른 기계 Top500 목록. 잭 동가라 교수, 목록을 관리하는 사람은 아무 것도 없다고 말합니다. "Top500에 Mac 클러스터가 없다고 생각합니다."라고 그는 말했습니다.
연구
Trent와 그의 동료들은 암의 성장을 방해하거나 억제하는 화학 물질을 찾고 있습니다. 방금 우승한 모델링 기법을 바탕으로 2013년 노벨 화학상, 그들은 암 단백질의 3D 모델을 가져와 화학 물질의 분자 모델과 일치시키는 시뮬레이터를 만들었습니다. 그리드는 3D 모델을 3D 직소 퍼즐처럼 함께 맞추려고 3D 모델을 움직입니다. 일치는 잠재적인 항암제를 나타냅니다. 화학 물질이 단백질에 강하게 결합하면 암세포에서 성장을 멈출 수 있습니다. 그들은 2천만 개의 화학 물질 라이브러리와 함께 일하고 있습니다.
Trent와 그의 팀은 전국 및 국제적으로 14개의 다른 암 연구 그룹과 협력하고 있습니다. 대상이 모델링에 적합하다고 결정하면(모두가 그런 것은 아님) 화학 라이브러리와 일치시키기 위해 그리드로 이동합니다. 그리드는 주말에 700만 개의 화합물을 휘젓습니다. 실행당 약 1.6TB의 데이터를 생성합니다. 결과는 며칠 후에 반환됩니다. 그리드가 유망한 일치 항목을 반환하면 Trent의 팀은 실험실에서 화학 물질을 물리적으로 테스트합니다. 암 단백질과 화학 물질은 결합 여부를 확인하기 위해 실험실에서 함께 혼합됩니다. 이를 기능 분석이라고 합니다. 그렇게 하면 현재 잠재적인 항암제인 이 화학 물질이 인간 암 치료에 대한 적합성을 테스트하기 위한 일련의 긴 실험을 진행할 수 있습니다.
"약물 발견은 며칠이 걸립니다."라고 Trent는 말합니다. "임상 테스트에는 몇 년이 걸립니다."
Dataseam은 약물 발견 프로세스의 속도를 몇 배나 높입니다. 10년 전만 해도 이 작업은 페트리 접시를 사용하여 대학원생 팀이 수행했을 것입니다. 그들은 결합이 있는지 확인하기 위해 화합물을 혼합했습니다. 이제 동일한 테스트를 시뮬레이션하고 바인딩을 가상으로 테스트할 수 있습니다. 모든 연구는 Trent의 사무실에 있는 단일 iMac에 의해 제어됩니다.
유사한 고처리량 스크리닝을 수행하는 미국의 다른 암 연구 센터는 2~3개뿐입니다. 슈퍼컴퓨터를 사용하여 Georgetown, University of Michigan 및 University of California at San 프란시스코.
지금까지 DataseamGrid는 250개 이상의 서로 다른 암 표적을 조사했으며 임상적으로 검증된 30개의 화학 물질을 발견했습니다. 그리드에 의해 발견된 잠재적인 약물 중 하나가 인간 실험에 임할 예정입니다. 고형 종양을 치료하기 위한 것입니다. 즉, 백혈병을 제외한 대부분의 암. Trent는 성공하면 화합물이 새로운 종류의 항암제를 나타낼 수 있다고 말합니다. 아이러니하게도 연구 프로그램의 가장 유망한 항암 화합물 중 일부는 주에서 가장 큰 환금작물 중 하나인 담배 식물에서 추출됩니다.
그러나 임상 시험 과정은 어려운 부분입니다. 대학의 암 센터에서 이전에 발견된 두 가지 잠재적인 약물은 작년까지 2상 테스트에 있었습니다. 테스트를 실행하는 회사는 재정적인 문제에 부딪혀 실험이 보류되었습니다. 트렌트는 이 약물 중 하나가 올해 말에 다시 테스트에 들어갈 것으로 기대한다고 말했습니다. 다른 하나는 임상 림보에 있습니다. "그건 마약 사업입니다."라고 그는 인정합니다.
Trent는 그리드 컴퓨터가 경제성 때문에 제약회사의 관심을 끌지 못하는 희귀 암에 대한 약물 발견에 혁명을 일으킬 수 있기를 희망합니다. 그는 특히 소아암에 관심이 많습니다. “아이들을 위한 연구에는 돈이 없습니다.”라고 그는 말합니다. “암은 노인의 병입니다.”
설정
켄터키는 최첨단 의료 연구 프로그램을 운영하기에는 적합하지 않은 곳입니다. 버번, 튀긴 음식, 담배로 유명한 이곳의 암 발병률은 전국 평균보다 220% 높습니다. 폐암, 대장암, 심장병으로 국가를 선도하고 있습니다.
"여기에는 흡연이 많고 잘못된 식습관이 있습니다."라고 Gupton은 말합니다.
켄터키는 매우 가난합니다. 주 중간 소득은 가족당 $42,000이지만 실업률이 20%까지 치솟고 인구의 거의 40%가 국가 빈곤선 아래에서 생활하는 가장 가난한 카운티의 경우 $10,000까지 떨어질 수 있습니다. Gupton은 소득 수준에 따른 교육 수준 지도를 보면 "켄터키의 넓은 지역이 뉴멕시코의 인디언 보호 구역처럼 보입니다"라고 말합니다.
Gupton은 Dataseam Grid에 대해 처음 들었을 때 고향 학교 이사회 구성원의 반응을 회상합니다. “농부입니다. 암에 먹혀들었습니다. 그는 단지 그것을 부정하기 위해 살아 있었다. 작업복. 진흙 부츠. 그는 '나는 컴퓨터에 대해 아무것도 모르지만 그것이 암 퇴치에 도움이된다면 오늘 밤에 그것을 넣는 것을 도울 것입니다'라고 말했습니다."
Gupton은 계속해서 다음과 같이 말합니다. “우리가 건강하지 못하고 교육을 받지 못한 것처럼 들리는 것은 싫지만 우리에게는 도전 과제가 있습니다.” 켄터키주의 고용은 전통적으로 탄광이었습니다. 하지만 산업이 위축되면서 일자리는 사라지고 새로운 일자리가 나오지 않았다. 교육 부족은 문제를 가중시킬 뿐입니다. "하지만 우리에게도 기회가 있습니다."라고 그는 덧붙입니다.
Dataseam의 최고 운영 책임자인 Henry Hunt는 "인력을 교육하면 기업이 올 것입니다."라고 말합니다. “이 아이들의 미래가 광업이 되기 전에는 아마도. 지금은 장학금으로 아이들을 대학에 보내고 있습니다.”
교육은 실제로 Dataseam 팀을 화나게 하는 것입니다. 이것은 Gupton이 가장 열정을 가지고 있는 프로그램의 일부입니다. 항암제를 찾는 것은 멋진 일이지만 아이들에게 교육을 제공하는 것이 그를 진정으로 이끄는 원동력입니다.
일부 학교가 운영되고 있었습니다. 맥 LC 시대. 이제 아이들은 팟캐스트, 뉴스레터 및 디지털 비디오를 제작하고 있습니다. 그들은 농구 게임을 스트리밍하고 해외의 다른 어린이 및 군대와 통신하고 학업에 사용합니다.
Dataseam은 매년 약 20개의 유급 장학금을 수여하여 학생들을 University of Louisville과 Morehead State University의 두 지역 대학에 보냅니다. 또한 약 6,000명의 교사에게 교육 및 경력 개발을 제공했습니다.
또한 Apple 전문 인증을 받은 112명 이상의 학교 IT 기술자를 교육했으며, 켄터키주를 1인당 Apple 인증 기술자가 미국에서 가장 많이 집중 기초.
"우리는 마음을 키우고 있습니다."라고 Gupton은 말합니다. “허리가 강해서가 아니다. 생각할 수 있는지에 관한 것입니다.”
그는 계속해서 다음과 같이 덧붙입니다. “우리가 만들고자 하는 일자리는 주에 새로운 경제와 지속 가능한 부를 창출하는 일자리입니다. 우리는 경제 발전을 주도하고 있습니다. 우리는 인적 인프라와 자본을 구축하고 있습니다.”
굽튼은 린든 B. 존슨은 1964년 빈곤과의 전쟁을 선포했다. 그는 시간당 14달러 미만을 버는 학교 시스템의 청소부로 시작했습니다. 그는 Dataseam에서 지원하는 프로그램인 공인 Apple 시스템 엔지니어가 되기 위해 공부했습니다. 이제 그는 지역 교육구에서 공인 기술 전문가로 일하며 연간 $50-60,000를 번다. "이 사람은 프로그램의 성공 중 하나입니다."라고 Gupton은 말합니다. “그는 교육이 무엇인지 보여줍니다. 그것은 그의 삶과 그의 가족에 엄청난 영향을 미쳤습니다.”
Gupton은 "이전에는 석탄 이음매에 관한 것이었습니다. "이제 데이터의 이음새입니다."