У тихом подножју Кентакија, огромни суперкомпјутер кружи подацима. У потрази је за новим лековима за борбу против рака.
Сваке недеље ДатасеамГрид обрађује прорачуне вредне 300 људи година. Да, то је 300 година калкулација сваке недеље. Откривање лекова обично траје 10 до 15 година, али ДатасеамГрид пролази кроз тај посао у делићу уобичајеног времена. То је један од највећих канала потенцијалних нових лекова против рака у земљи. Овде ће истраживачи ускоро започети испитивања на људима новог лека откривеног суперрачунаром, који би, ако успе, могао довести до потпуно нове класе лекова за рак.
ДатасеамГрид је највећа мрежа те врсте на планети - чудовишна машина која је примљена до сада нема националне штампе, што је изванредно за тако велики, амбициозан и успешан пројекат.
Али највећа иновација може бити његова архитектура. Мрежна процесорска снага долази од 14.000 обичних иМац рачунара који седе у школским учионицама широм Кентуцкија. ДатасеамГрид је суперкомпјутер сиромашних људи, састављен заједно са рачунарима у учионици у осиромашеним државним школама широм државе Блуеграсс.
Деца у једној трећини школских округа у Кентакију свакодневно користе рачунаре Датасеам. Мало ко има појма да машина која им помаже да разумеју фракције такође покреће најсавременији програм за откривање лекова у позадини.
„Контраинтуитивно је да се ово врхунско истраживање ради у једном од најсиромашнијих делова земље“, рекао је Бриан Гуптон, суоснивач и извршни директор Датасеама.
ДатасеамГрид је део новог таласа мрежних рачунарских пројеката, који су прешли дуг пут од лова на ЕТ СЕТИ@Хоме доспео на насловне стране деведесетих. ЦЕРН у Швајцарској има мрежу од 100.000 процесора која сажима 15 петабајта података које сваке године произведе Велики хадронски сударач. Та мрежа је допринела открићу Хигсовог бозона „Божје честице“ 2012. У другим деловима Европе суперкомпјутери попут Европска мрежна инфраструктура и француска мрежа Висдом тражили су лекове за борбу против птичијег грипа, маларије и вируса сиде.
У САД, ФигхтАИДС @Хоме пројекат повезује хиљаде рачунара у потрази за бољим лековима против ХИВ-а, док Еинстеин@Хоме пројекат тражи доказе гравитационих таласа. Еинстеин@Хоме је један од најпопуларнијих дистрибуираних рачунарских пројеката који привлачи више од 300.000 волонтера у 221 земљи. У фебруару 2014. мрежа је радила око 1.100 ТФЛОПС рачунарске моћи, стављајући је у првих 30 светских ТОП500 суперрачунари.
Али ДатасеамГрид се значајно разликује од ранијих пројеката грид рачунарства попут СЕТИ@Хоме, а сцреенсавер који је користио резервне циклусе процесора за тражење знакова ванземаљске интелигенције у радио сигналима дубоки свемир. СЕТИ@Хоме је избацио задатке о скраћивању бројева на чувар екрана који су преузеле хиљаде волонтера-али чворови нису били међусобно повезани. Када су прорачуни завршени, сваки чвор је отпремио резултате на централизоване сервере, који су табеларно приказали резултате. Задатак је дистрибуиран - а не само суперрачунар.
ДатасеамГрид у Кентуцкију више личи на огромну, виртуелну машину која третира сваки чвор као једну од његових процесорских јединица. То је виртуелни суперрачунар који координира рад на чворовима и оно што се појављује је једна велика, виртуелна машина.
„Грид рачунарство никада није заслужило поштовање“, каже Гуптон. „То је виђено као новина, леп начин за прављење Манделбротових сетова. Озаконили смо то као рачунарски метод. "
Гуптон је изразито плави овратник идеалиста-сперма-предузетник. Син рудара угља, изгледа да је више заинтересован за увођење рачунара у учионице него за вођење најсавременијег истраживања рака-иако успева да уради обоје.
Године 2001, Гуптон се удружио са доктором Јохном Трентом, истраживачем рака на Универзитету у Лоуисвиллеу, и још два локална предузетника: Деан Хугхес и Хенри Хунт, који је сада главни извршни директор Датасеам -а. Кренули су у изградњу јефтиног суперкомпјутера.
Приватне мреже су скупе, као и суперрачунари направљени од стандардног хардвера, попут Виргиниа Тецх-а Биг мек, који је 2012. године стављен ван употребе. ДатасеамГрид је јединствено јавно/приватно партнерство, изграђено углавном користећи државни економски развој средства, основана ради диверзификације економског профила Кентуцкија и компензације опадања угља у држави индустрија.
Кентуцки је једна од најсиромашнијих држава у Америци. Његов источни део покрива апалачке планине, које су дуго биле повезане са тешкоћама. Како незапосленост расте, све више стимулативних средстава постаје доступно. Датасеам користи средства за куповину нових рачунара за школе, а заузврат се придружују мрежи. Рачунари имају двоструку сврху: пружају нове рачунаре неким од најсиромашнијих школских округа у земљи, а истраживачима рака дају моћан суперкомпјутер за тражење лекова за рак.
"Градимо рачунарску инфраструктуру", каже Гуптон, "а Јохнни то може користити за свој школски посао."
Првобитно је направљен са Аппле -овим Ксгрид -ом, софтверским пакетом за дистрибуирано рачунарство печеним у Мац ОС Кс од 10.4 до 10.7з. Уз неколико подешавања и нешто власничког софтвера, Ксгрид је постављање система учинио супер једноставним: било је лако додати нови чворови - машина, учионица, читава школа - а систем је једва штуцао ако би ишли читави окрузи одсутан.
Омогућавање Ксгрид-а било је једним притиском на дугме у ОС Кс. Систем је аутоматски открио све машине на мрежи које су биле доступне. Ако је већ била успостављена мрежа рачунара, постављање кластера је у основи било бесплатно - све је већ било укључено у ОС Кс или га је Аппле могао преузети. Универзитети Харвард и Станфорд имају Ксгрид групе од око 400 или 500 рачунара од којих сваки обавља задатке попут претраживања секвенце генома и Рендгенска кристалографија; али Датасеам је далеко највећи.
Аппле је уклонио Ксгрид из Снов Леопарда (ОС Кс 10.8), приморавши Датасеам да напише свој сопствени софтвер за мрежу.
Решетка
Датасеам Грид је машина за чудовишта. Направљен је од 14.000 десктоп рачунара у 54 школска округа распоређена широм Кентакија (види мапу). Пројекат утиче на око 100.000 деце и до 8.000 наставника. ИМац-ови имају двојезгрене процесоре који раде на 1,83 ГХз или боље. Они су више него довољно моћни да покрећу обраду мреже у позадини. Неке школе имају стотине машина на мрежи; други имају на десетине. Већина рачунара је релативно нова.
„Теоретски, имамо неке школске округе са толико коњских снага као Лос Аламос“, каже Гуптон, мислећи на суперрачунаре за нуклеарно тестирање у Национална лабораторија Лос Аламос.
Мрежа Датасеам повезана је преко гигабитне окоснице школских округа. У последњих неколико година, држава Кентуцки је повезала већину својих школа са врло брзом инфраструктуром велике пропусности. То је у великој мери било због савезних еРате финансирање из ФЦЦ-а за пројекте комуникацијске окоснице, који додељује субвенције на основу броја ученика на бесплатним или сниженим програмима ручка. Многе школе у Кентуцкију имају до 80 до 90 посто уписаних.
Решетка је изузетно флексибилна. Датасеам може стално додавати и надограђивати машине, додајући учионицу или читав школски округ.
"То је веома исплатив начин да се то уради", каже Гуптон.
Мрежа Датасеам никада не престаје. „Радимо 24 сата дневно, чак и када су деца на кутијама“, каже Гуптон. Рачунарски задаци могу бити интензивни за процесор, али Гуптон и Трент морају да се побрину да не преоптерете рачунаре.
„Шта год да покренемо не може утицати на перформансе клијента“, каже Трент. "Не можемо успорити трећину образовних рачунара школских округа."
Гуптон каже да ће у будућности јавне/приватне мреже попут Датасеам-а служити као помоћни програми, нудећи скраћивање броја на захтев за велике истраживачке програме. То је облик рачунарства у облаку. Баш као што Амазон изнајмљује резервне капацитете својих огромних податковних центара, корпорације и школе моћи ће искористити неискориштене циклусе процесора на својим мрежама.
„Кад смо Бриан и ја започели истраживање, имали смо пет процесора“, каже Трент. „Невероватно је порасло. Све што смо урадили у првој години сада можемо учинити за једну ноћ. "
Међутим, Аппле-овим укидањем Ксгрид-а, суперкомпјутери и кластери засновани на Мацу постају реткост. Суперкомпјутер Виргиниа Тецх је стављен ван употребе и у најновијем издању нисам могао да помињем Мац рачунаре Топ500 листа најбржих машина на свету. Професор Јацк Донгарра, који води списак, каже да их нема. „Мислим да на Топ500 нема Мац кластера“, рекао је.
Истраживање
Трент и његове колеге траже хемикалије које ће пореметити или инхибирати раст рака. На основу техника моделирања које су управо освојиле Нобелова награда за хемију 2013, изградили су симулатор који узима 3Д модел протеина рака и усклађује га са молекуларним моделом хемикалије. Решетка помера 3Д моделе, покушавајући да их споји попут 3Д слагалице. Шибица представља потенцијални лек против рака. Ако се хемикалија снажно веже за протеин, можда ће моћи да заустави његов раст у ћелији рака. Они раде са библиотеком од 20 милиона хемикалија.
Трент и његов тим раде са 14 других група за истраживање рака широм земље и широм света. Ако одлуче да је циљ подложан моделовању - а не сви - и иде на мрежу да се упореди са хемијском библиотеком. Мрежа може проћи кроз 7 милиона једињења за један викенд. Производи око 1,6ТБ података по покретању. Резултати се враћају неколико дана касније. Ако мрежа врати обећавајуће утакмице, Трентов тим физички тестира хемикалије у лабораторији. Протеини и хемикалије рака се мешају заједно у лабораторији да се види да ли се везују - што је познато као функционални тест. Ако то учине, хемикалија-сада потенцијални лек против рака-могла би да пређе у дуги низ испитивања како би испитала своју подобност за лечење рака код људи.
"Откривање лекова траје неколико дана", каже Трент. "Клиничко тестирање траје годинама."
Датасеам убрзава процес откривања лекова по редоследу величина. Пре десет година овај посао би извели тимови студената који користе Петријеве посуде. Мешали би једињење по једињење да виде да ли постоји везивање. Сада се ти исти тестови могу симулирати, а везивање виртуелно тестирати. Сва истраживања контролише један иМац у Трентовој канцеларији.
Постоје само два или три друга центра за истраживање рака у САД-у који раде сличне скрининге велике пропусности користећи суперрачунаре, међу којима су Георгетовн, Универзитет у Мицхигану и Калифорнијски универзитет у Сан Францисцо.
До сада је ДатасеамГрид испитао више од 250 различитих мета рака и пронашао 30 хемикалија које су клинички проверене. Један од потенцијалних лекова које је мрежа открила ускоро ће бити тестиран на људима. Служи за лечење солидних тумора; односно већина врста рака осим леукемије. Трент каже да ако буде успешан, ово једињење може представљати нову класу лекова против рака. Иронично, нека од најперспективнијих једињења против рака у истраживачком програму потичу од биљке дувана-једне од највећих државних усева у држави.
Међутим, процес клиничког испитивања је тежак део. Два потенцијална лека која су претходно откривена у универзитетском центру за рак била су у фази ИИ тестирања до прошле године. Компанија која води тестове наишла је на финансијске проблеме и суђења су обустављена. Трент каже да се нада да ће један од лекова поново проћи тестове касније ове године. Други је у клиничком лимбу. „То је посао са дрогом“, признаје он.
Трент се нада да ће мрежни рачунари револуционизирати откриће лекова за ређе врсте рака, који због економије не привлаче пажњу фармацеута. Посебно га занимају ракови у детињству. „Нема новца у истраживању за децу“, каже он. "Рак је болест старијих особа."
Поставка
Кентаки је мало вероватно место за извођење најсавременијег медицинског истраживачког програма. Познате по бурбону, прженој храни и дувану, стопе рака овде су 220% веће од националног просека. Предводи нацију са карциномом плућа и колоректалног карцинома, као и срчаним обољењима.
„Овде има много пушења и лоших навика у исхрани“, каже Гуптон.
Кентуцки је веома сиромашан. Средњи државни приход износи 42.000 долара по породици, али може пасти и до 10.000 долара у најсиромашнијим окрузима, где незапосленост расте на 20%, а скоро 40% становништва живи испод националне границе сиромаштва. Ако погледате мапу образовних постигнућа у односу на ниво прихода, „велики делови Кентакија личе на индијске резервате у Новом Мексику“, каже Гуптон.
Гуптон се присећа реакције члана школског одбора свог родног града када је први пут рекао за Датасеам Грид. „Он је пољопривредник. Изједани раком. Био је жив само упркос томе. Комбинезони. Мутне чизме. Рекао је: "Не знам ништа о рачунарима, али ако ће то помоћи у борби против рака, ми ћемо помоћи да то ставимо вечерас."
Гуптон наставља: "Мрзим што звучим као да смо нездрави и необразовани, али имамо своје изазове." Запошљавање у Кентакију традиционално је било рударство. Али како се индустрија смањила, радна места су нестала, а нова се нису материјализовала. Недостатак образовања само компликује проблем. „Али и ми имамо своје могућности“, додаје он.
„Образујте радну снагу и компаније ће доћи“, каже Хенри Хунт, главни оперативни директор Датасеама. „Пре него што је будућност ове деце била рударство, можда. Сада шаљемо децу на факултет са стипендијама. "
Образовање је заиста оно што покреће тим Датасеам -а. Ово је део програма за који је Гуптон најстраственији. Проналажење лекова против рака је кул, али образовање га је оно што га заиста покреће.
Неке од школа су радиле Мац рачунари из ЛЦ-ера. Сада деца производе подкасте, билтене и дигиталне видео записе. Преносе кошаркашке утакмице, комуницирају са другом децом и трупама у иностранству и користе их за школске послове.
Датасеам додељује око 20 плаћених стипендија годишње, шаљући студенте на два локална универзитета - Универзитет Лоуисвилле и Државни универзитет Морехеад. Такође је обезбедио обуку и развој каријере за око 6.000 наставника.
Такође је обучило више од 112 школских ИТ техничара са Аппле -овим професионалним сертификатима, чинећи Кентуцки највећом концентрацијом техничара са цертификатом Аппле у САД-у, по глави становника основа.
"Растемо умови", каже Гуптон. „Не ради се о томе да имате јака леђа. Ради се о томе да ли можете размишљати. "
Он наставља: „Послови које покушавамо да створимо су они који стварају нову економију у држави и одрживо богатство. Ми покрећемо економски развој. Градимо људску инфраструктуру и капитал. "
Гуптон говори о човеку из округа Мартин, где је Линдон Б. Џонсон је објавио рат сиромаштву 1964. године. Почео је као домар у школском систему зарађујући мање од 14 долара по сату. Студирао је за сертификованог инжењера система Аппле, програм који подржава Датасеам. Сада ради у локалном школском округу као сертификовани стручњак за технологију, зарађујући 50-60.000 долара годишње. „Овај тип је један од успеха програма“, каже Гуптон. „Он показује шта је образовање. То је имало огроман утицај на његов живот и његову породицу. "
"Некада се радило о шавовима угља", каже Гуптон. "Сада су то шавови података."