În poalele liniștite din Kentucky, un supercomputer masiv trece prin date. Se caută noi medicamente pentru combaterea cancerului.
În fiecare săptămână, DataseamGrid procesează calcule în valoare de 300 de ani-om. Da, asta înseamnă 300 de ani de calcule în fiecare săptămână. Descoperirea medicamentelor durează de obicei între 10 și 15 ani, dar DataseamGrid aprinde acea muncă într-o fracțiune din timpul obișnuit. Este una dintre cele mai mari conducte de potențiale noi medicamente împotriva cancerului din țară. Cercetătorii de aici sunt pe cale să înceapă studiile umane în acest an cu un nou medicament descoperit de supercomputer, care, dacă va avea succes, poate duce la o clasă complet nouă de medicamente pentru cancer.
DataseamGrid este cea mai mare rețea de acest fel de pe planetă - o mașină monstru care a primit nici o presă națională, până acum, care să fie remarcabilă pentru un proiect atât de mare, ambițios și de succes.
Dar cea mai mare inovație poate fi arhitectura sa. Puterea de procesare a rețelei vine de la 14.000 de iMac-uri obișnuite, așezate în sălile de clasă ale școlii, răspândite în Kentucky. DataseamGrid este un supercomputer al unui om sărac, legat de computerele din clasă în școlile publice sărace din statul Bluegrass.
Copiii dintr-o treime din districtele școlare din Kentucky folosesc calculatoare Dataseam în fiecare zi. Puțini au idee că aparatul care îi ajută să înțeleagă fracțiunile rulează, de asemenea, un program de descoperire a medicamentelor de ultimă generație în fundal.
„Este contraintuitiv faptul că această cercetare de ultimă generație se face într-una dintre cele mai sărace părți ale țării”, a declarat Brian Gupton, cofondator și director executiv al Dataseam.
DataseamGrid face parte dintr-un nou val de proiecte de calcul de rețea, care au parcurs un drum lung de la ET-hunt SETI @ Home a luat titluri în anii '90. CERN din Elveția are o rețea de 100.000 de procesoare care reduce cele 15 petabytes de date produse în fiecare an de către Collider mare de hadroni. Această grilă a contribuit la descoperirea „particulei lui Dumnezeu” a bosonului Higgs în 2012. În alte părți ale Europei, supercomputerele precum Infrastructura rețelei europene și rețeaua Franței Înțelepciunea au căutat droguri pentru combaterea gripei aviare, a malariei și a virusului SIDA.
În SUA, Proiectul FightAIDS @Home conectează mii de computere în căutarea unor medicamente anti-HIV mai bune, în timp ce Proiectul Einstein @ Home caută dovezi ale undelor gravitaționale. Einstein @ Home este unul dintre cele mai populare proiecte de calcul distribuit, atrăgând peste 300.000 de voluntari în 221 de țări. În februarie 2014, rețeaua a înregistrat aproximativ 1.100 TFLOPS puterii de calcul, plasându-l în primele 30 ale lumii Supercomputerele TOP500.
Dar DataseamGrid este semnificativ diferit de proiectele anterioare de calcul de rețea precum SETI @ Home, a screensaver care folosea cicluri de rezervă ale procesorului pentru a căuta semne de inteligență extraterestră în semnalele radio de la spațiul cosmic. SETI @ Home a realizat sarcini de reducere a numărului pe un screensaver descărcat de mii de voluntari - dar nodurile nu erau conectate între ele. Când s-au terminat calculele, fiecare nod a încărcat rezultatele pe servere centralizate, care au tabelat rezultatele. Sarcina a fost distribuită - nu supercomputerul în sine.
DataseamGrid din Kentucky seamănă mai mult cu o mașină vastă, virtuală, care tratează fiecare nod ca una dintre unitățile sale de procesare. Este un supercomputer virtual care coordonează activitatea între noduri și ceea ce apare este o mașină virtuală mare.
„Calculul prin rețea nu a câștigat niciodată respect”, spune Gupton. „A fost văzută ca o noutate, un mod frumos de a realiza seturi Mandelbrot. O legitimăm ca metodă de calcul ".
Gupton este un idealist-cum-antreprenor cu guler albastru distinct. Fiul unui miner de cărbune, pare să fie mai interesat să aducă calculatoare în săli de clasă decât să facă cercetări de ultimă oră în domeniul cancerului - deși reușește să le facă pe amândouă.
În 2001, Gupton a făcut echipă cu Dr. John Trent, cercetător în domeniul cancerului la Universitatea din Louisville, și alți doi antreprenori locali: Dean Hughes și Henry Hunt, care este acum COO al Dataseam. Și-au propus să construiască un supercomputer la prețuri ieftine.
Rețelele private sunt costisitoare, la fel ca și supercomputerele fabricate din hardware-ul disponibil, precum Virginia Tech’s Big Mac, care a fost dezafectat în 2012. DataseamGrid este un parteneriat public / privat unic, construit în mare parte folosind dezvoltarea economică de stat fonduri, stabilite pentru a diversifica profilul economic al Kentucky și pentru a compensa scăderea cărbunelui din stat industrie.
Kentucky este unul dintre cele mai sărace state din America. Secțiunea sa estică acoperă munții Appalachian, care a fost mult timp asociat cu dificultăți. Pe măsură ce șomajul a crescut, devin disponibili mai mulți bani pentru stimulare. Dataseam folosește fondurile pentru a cumpăra computere noi pentru școli și, în schimb, se alătură grilei. Computerele au un scop dublu: furnizează computere noi pentru unele dintre cele mai sărace districte școlare din țară și oferă cercetătorilor în domeniul cancerului un supercomputer puternic pentru a căuta medicamente împotriva cancerului.
„Construim o infrastructură de calcul”, spune Gupton, „și Johnny poate folosi acest lucru pentru munca sa școlară”.
Acesta a fost inițial construit cu Xgrid de la Apple, un pachet software pentru calcul distribuit copt în Mac OS X de la 10,4 la 10,7z. Cu câteva modificări și câteva programe software proprii, Xgrid a simplificat configurarea sistemului: a fost ușor de adăugat noi noduri - o mașină, o sală de clasă, o întreagă școală - și sistemul abia a sughițat dacă ar merge districte întregi deconectat.
Activarea Xgrid a fost un clic cu un singur buton în OS X. Sistemul a detectat automat toate mașinile din rețea care erau disponibile. Dacă o rețea de computere era deja instalată, configurarea unui cluster era practic gratuită - totul era deja inclus în OS X sau descărcabil de la Apple. Universitățile Harvard și Stanford au clustere Xgrid de aproximativ 400 sau 500 de computere care fac fiecare sarcini precum căutarea secvenței genomului și Cristalografie cu raze X; dar Dataseam este de departe cel mai mare.
Apple a eliminat Xgrid din Snow Leopard (OS X 10.8), forțând Dataseam să scrie propriul său software de rețea proprietar.
Grila
Grila Dataseam este o mașină monstru. Este fabricat din 14.000 de computere desktop în 54 de districte școlare răspândite în Kentucky (vezi harta). Proiectul afectează aproximativ 100.000 de copii și până la 8.000 de profesori. IMac-urile au procesoare dual-core care rulează la 1,83 GHz sau mai bine. Sunt mai mult decât suficient de puternici pentru a rula procesarea grilei în fundal. Unele școli au sute de mașini pe rețea; alții au zeci. Majoritatea computerelor sunt relativ noi.
„Teoretic, avem niște districte școlare cu o putere la fel de mare ca și Los Alamos”, spune Gupton, referindu-se la supercomputerele de testare nucleară de la Laboratorul Național Los Alamos.
Grila Dataseam este conectată împreună pe coloana vertebrală de fibră gigabit a districtelor școlare. În ultimii ani, statul Kentucky și-a conectat majoritatea școlilor cu o infrastructură foarte rapidă, cu lățime de bandă mare. Acest lucru s-a datorat în mare parte federalului Finanțare eRate de la FCC pentru proiecte de comunicare coloană vertebrală, care acordă subvenții în funcție de numărul de studenți din programele de prânz gratuite sau cu tarife reduse. Multe școli din Kentucky au până la 80 până la 90% înscrieri.
Grila este extrem de flexibilă. Dataseam poate adăuga și actualiza în continuare mașini, adăugând o sală de clasă sau un întreg district școlar.
„Este un mod foarte eficient din punct de vedere al costurilor de a realiza acest lucru”, spune Gupton.
Grila Dataseam nu se oprește niciodată. „Alergăm 24/7, chiar și atunci când copiii sunt pe cutii”, spune Gupton. Sarcinile de calcul pot intensifica procesorul, dar Gupton și Trent trebuie să se asigure că nu supraîncarcă computerele.
„Orice rulăm nu poate afecta performanța clientului”, spune Trent. „Nu putem încetini o treime din computerele educaționale ale districtelor școlare.”
În viitor, spune Gupton, rețelele publice / private precum Dataseam vor servi drept utilități, oferind reducerea numărului la cerere pentru programele mari de cercetare. Este o formă de cloud computing. Așa cum Amazon închiriază capacitatea de rezervă a centrelor sale masive de date, corporațiile și școlile vor putea atinge ciclurile CPU neutilizate din rețelele lor.
„Când eu și Brian am început cercetarea, aveam cinci procesoare”, spune Trent. „A crescut incredibil. Tot ceea ce am făcut în primul an îl putem face acum într-o singură noapte. ”
Cu toate acestea, odată cu întreruperea Xgrid de către Apple, supercomputerele și clusterele bazate pe Mac devin o raritate. Supercomputerul Virginia Tech a fost dezafectat și nu am găsit nicio mențiune despre Mac-uri în ultima perioadă Lista Top500 a celor mai rapide mașini din lume. Profesorul Jack Dongarra, care menține lista, spune că nu există. „Nu cred că există clustere Mac pe Top500”, a spus el.
Cercetarea
Trent și colegii săi caută substanțe chimice care să perturbe sau să inhibe dezvoltarea cancerului. Pe baza tehnicilor de modelare care tocmai au câștigat 2013 Premiul Nobel pentru chimie, au construit un simulator care ia un model 3D al unei proteine canceroase și o combină cu un model molecular al unei substanțe chimice. Grila mută modelele 3D, încercând să le potrivească ca un puzzle 3D. Un meci reprezintă un potențial medicament anti-cancer. Dacă substanța chimică se leagă puternic de proteină, poate fi capabilă să oprească creșterea acesteia într-o celulă canceroasă. Lucrează cu o bibliotecă de 20 de milioane de produse chimice.
Trent și echipa sa lucrează cu alte 14 grupuri de cercetare a cancerului în întreaga țară și la nivel internațional. Dacă decid că o țintă este susceptibilă de modelare - și nu toate sunt - și va intra pe grilă pentru a fi potrivită cu biblioteca chimică. Rețeaua poate răsfoi 7 milioane de compuși într-un singur weekend. Produce aproximativ 1,6 TB de date pe fiecare rulare. Rezultatele sunt returnate câteva zile mai târziu. Dacă grila returnează meciuri promițătoare, echipa lui Trent testează substanțele chimice în laborator. Proteinele canceroase și substanțele chimice sunt amestecate împreună în laborator pentru a vedea dacă se leagă - ceea ce este cunoscut sub numele de test funcțional. În caz contrar, substanța chimică - acum un potențial medicament anti-cancer - poate continua într-o serie lungă de studii pentru a testa adecvarea sa pentru tratarea cancerului uman.
„Lucrurile de descoperire a drogurilor durează câteva zile”, spune Trent. "Testarea clinică durează ani."
Dataseam accelerează procesul de descoperire a medicamentelor cu ordinele de mărime. În urmă cu zece ani, această lucrare ar fi fost realizată de echipe de studenți care utilizează vase Petri. Ar amesteca compus după compus pentru a vedea dacă există o legătură. Acum, aceleași teste pot fi simulate și legările testate virtual. Toate cercetările sunt controlate de un singur iMac în biroul lui Trent.
Există doar două sau trei alte centre de cercetare a cancerului în SUA care efectuează proiecții similare de mare viteză folosind supercomputere, printre care Georgetown, Universitatea Michigan și Universitatea California din San Francisco.
Până în prezent, DataseamGrid a examinat peste 250 de ținte diferite de cancer și a găsit 30 de substanțe chimice care au fost verificate clinic. Unul dintre potențialele medicamente descoperite de rețea este pe punctul de a intra în studii umane. Este pentru tratarea tumorilor solide; adică cele mai multe tipuri de cancer, altele decât leucemia. Trent spune că, dacă are succes, compusul poate reprezenta o nouă clasă de medicamente anti-cancer. În mod ironic, unii dintre cei mai promițători compuși anti-cancer ai programului de cercetare sunt derivați din planta de tutun - una dintre cele mai mari culturi de numerar ale statului.
Cu toate acestea, procesul de testare clinică este partea dificilă. Două medicamente potențiale descoperite anterior la centrul de cancer al universității au fost testate în faza II până anul trecut. Compania care efectuează testele a avut probleme financiare, iar testele sunt în așteptare. Trent spune că speră că unul dintre medicamente va reintroduce testele mai târziu în acest an. Cealaltă este în limbo clinic. „Aceasta este afacerea cu drogurile”, recunoaște el.
Trent speră că computerele cu rețea pot revoluționa descoperirea medicamentelor pentru cancerele mai rare, care nu atrag atenția produselor farmaceutice din cauza economiei. Este interesat în special de cancerele din copilărie. „Nu există bani în cercetare pentru copii”, spune el. „Cancerul este boala persoanei în vârstă”.
Setarea
Kentucky este un loc puțin probabil să desfășoare un program de cercetare medicală de ultimă generație. Cunoscut pentru bourbon, mâncare prăjită și tutun, ratele de cancer aici sunt cu 220% mai mari decât media națională. Conduce națiunea cu cancer pulmonar și colorectal, precum și boli de inimă.
„Există o mulțime de fumat și obiceiuri alimentare slabe aici”, spune Gupton.
Kentucky este foarte sărac. Venitul mediu al statului este de 42.000 de dolari pe familie, dar poate scădea la 10.000 de dolari pentru cele mai sărace județe, unde șomajul se ridică la 20% și aproape 40% din populație trăiește sub pragul sărăciei naționale. Dacă vă uitați la o hartă a nivelului de educație față de nivelul veniturilor, „marile zone din Kentucky arată ca niște rezervații indiene în New Mexico”, spune Gupton.
Gupton își amintește reacția unui membru al consiliului școlar al orașului său natal când i s-a spus pentru prima dată despre Dataseam Grid. „Este fermier. Mâncat de cancer. Era viu doar ca să-l înfrunte. Salopete. Cizme noroioase. El a spus: „Nu știu nimic despre computere, dar dacă va ajuta la combaterea cancerului, vom ajuta să îl punem în seara asta”.
Gupton continuă: „Urăsc să par că suntem nesănătoși și inculti, dar avem provocările noastre”. Ocuparea forței de muncă în Kentucky a fost în mod tradițional exploatarea cărbunelui. Dar pe măsură ce industria s-a micșorat, locurile de muncă au dispărut, iar altele noi nu s-au concretizat. Lipsa educației agravează doar problema. „Dar avem și oportunitățile noastre”, adaugă el.
„Educați forța de muncă și companiile vor veni”, spune Henry Hunt, directorul operațional al Dataseam. „Înainte ca viitorul acestor copii să fie minerit, poate. Acum trimitem copii la facultate cu burse. "
Educația este ceea ce face ca echipa Dataseam să fie demisă. Aceasta este partea programului pe care Gupton îl pasionează cel mai mult. Găsirea medicamentelor anti-cancer este grozavă, dar educarea copiilor este ceea ce îl determină cu adevărat.
Unele școli alergau Mac-uri din LC-era. Acum copiii produc podcast-uri, buletine informative și videoclipuri digitale. Transmit jocuri de baschet, comunică cu alți copii și trupe din străinătate și le folosesc pentru activitățile școlare.
Dataseam acordă aproximativ 20 de burse plătite pe an, trimițând studenți la două universități locale - Universitatea din Louisville și Universitatea de Stat Morehead. De asemenea, a oferit instruire și dezvoltare a carierei pentru aproximativ 6.000 de profesori.
De asemenea, a instruit peste 112 tehnicieni IT școlari cu certificări profesionale Apple, făcând din Kentucky cea mai mare concentrație de tehnicieni cu certificare Apple din SUA, pe cap de locuitor bază.
„Creștem mințile”, spune Gupton. „Nu este vorba de a avea un spate puternic. Este vorba dacă poți gândi ".
El continuă: „Locurile de muncă pe care încercăm să le creăm sunt cele care creează o nouă economie în stat și o bogăție durabilă. Conducem dezvoltarea economică. Construim infrastructură umană și capital. "
Gupton vorbește despre un bărbat din județul Martin, unde Lyndon B. Johnson a declarat războiul sărăciei în 1964. A început ca portar în sistemul școlar câștigând mai puțin de 14 USD pe oră. A studiat pentru a fi inginer de sistem certificat Apple, un program susținut de Dataseam. Acum lucrează într-un district școlar local ca profesionist certificat în tehnologie, câștigând 50-60.000 de dolari pe an. „Tipul acesta este unul dintre succesele programului”, spune Gupton. „El arată ce înseamnă educație. A avut un impact extraordinar asupra vieții sale și a familiei sale ".
„A fost despre cusături de cărbune”, spune Gupton. „Acum sunt seams de date.”
