В конце февраля этого года проект распределённых вычислений Folding@home (Folding At Home) призвал всех желающих присоединиться к исследованию коронавируса COVID-19 и поиску лекарства от него. Для этого исследователи из Стэнфорда предложили объединить мощности компьютеров всех добровольцев в единую вычислительную систему, а полученные данные сразу же отправлять в лаборатории по всему миру. В результате инициативу поддержали не только миллионы пользователей, но и десятки технологических компаний, поделившихся вычислительными ресурсами, а получившаяся система превзошла по производительности 500 самых мощных суперкомпьютеров в мире.
Многие исследовательские задачи требуют больших вычислительных мощностей, которые учёным не всегда доступны. Поэтому на помощь им приходит «гражданская наука»: добровольцы предоставляют свои ресурсы, в том числе и свободные мощности своих компьютеров, для проведения удалённых расчётов.
Folding@home — это проект распределённых вычислений, который предоставляет свои мощности учёным со всего мира для моделирования пространственной структуры белков и белковых комплексов. Ресурсы компании ранее применялись в исследованиях рака молочной железы, болезней Альцгеймера и Паркинсона, склероза и различных форм онкозаболеваний, но сейчас основные силы брошены на моделирование структур S-белка нового коронавируса SARS-CoV-2 (он же 2019-nCoV). Это важнейший «ключ», с помощью которого вирус связывается с поверхностью здоровой клетки, открывая вирусному геному путь вовнутрь.
SARS-CoV-2 во многом похож на коронавирус атипичной пневмонии SARS-CoV, вспышка которого произошла в Китае в 2002 году и действует схожим образом: вирус попадает в лёгкие, и белок на его поверхности связывается с белком в лёгочных тканях человека. А изучить предстоит именно эти белки, из которых состоят «шипы» коронавируса: чтобы получить антитела, предстоит смоделировать все возможные комбинации белков в клетках.
Белки не статичны — они движутся, складываются и разворачиваются, принимая множество форм. Нам нужно изучить все способы, которыми белок сворачивается в альтернативные структуры, чтобы понимать, как вирус взаимодействует с тканями в лёгких
сайт Folding@home
Подобные антитела уже были разработаны для SARS-CoV, но для разработки терапевтических антител для SARS-CoV-2 учёным нужно лучше понять механизм связывания белков нового коронавируса с человеческими рецепторами, так как S-белки SARS и COVID-19 всё-таки отличаются по структуре.
К 22 марта, менее чем через две недели после объявления об изучении коронавируса с помощью проекта, Folding@home достиг мощности семи лучших суперкомпьютеров из TОП-500, а численность участников сети составила 400 000 человек.
25 марта мощность сети составляла уже 1 эксафлопс = 1 000 000 000 000 000 000 (миллиард миллиардов) операций в секунду — это в 7 раз мощнее самого производительного на данный момент суперкомпьютера IBM Summit, а к 13 апреля эта цифра ещё увеличилась до 2,4 эксафлопса и превзошла уже весь рейтинг ТОП-500 самых мощных суперкомпьютеров вместе взятых.
За 2 недели число участников Folding@home выросло на 1200%
13 марта компания Nvidia призвала своих пользователей предоставить для Folding@home вычислительные мощности их видеокарт.
Призыв Nvidia поддержало не только 3-миллионное сообщество геймеров Reddit, но и крупнейший в Америке майнер криптовалюты Ethereum CoreWeave, предоставивший 6000 своих видеокарт, разработчик антивирусного ПО Avast, один из крупнейших в мире поставщиков серверного оборудования Oracle и ещё больше 20 других технологических компаний, в их числе и российские.
В текущей ситуации важно объединять усилия, чтобы сохранить жизни и здоровье людей. Мы решили присоединиться к проекту, который работает над изучением вируса COVID-19 и поиском лекарства от него
Олег Мотовилов, директор облачного направления МТС
Российский облачный провайдер Selectel тоже подключился к сети Folding@home.
Они [облачные технологии] обеспечивают доступность медицины и образования, позволяют нам дальше работать и поддерживать социальные связи. Поэтому мы приняли решение подключиться к Folding@home
Олег Любимов, генеральный директор Selectel
Российская команда распределённых вычислений TSC! Russia участвует сразу в двух проектах по борьбе с COVID-19: Folding@home и Rosetta@home. Последний тоже исследует структуры белков и подключился к изучению коронавируса в январе этого года.
Мы рады, что набор молекулярного моделирования Rosetta недавно использовался для точного прогнозирования структуры белка коронавируса. Эти знания сейчас используются для руководства по разработке новых вакцин и противовирусных препаратов
представители проекта Rosetta@home
Кстати, команда исследователей, работающая с двумя самыми мощными до этого момента суперкомпьютерами IBM Summit и Sierra, тоже предоставила часть своих ресурсов на борьбу с COVID-19.
Прелесть распределённых вычислений в том, что включиться в борьбу с пандемией может любой желающий, для этого необязательно быть учёным. Чтобы помочь исследователям в изучении коронавируса, нужно скачать и установить клиент Folding@home на свой компьютер. Затем можно выбрать, на изучение какого заболевания и сколько процессорных мощностей вы хотите выделить. Для того чтобы они шли на борьбу с коронавирусом, нужно выбрать Any Disease («Любое заболевание») — это значит, что ваши вычислительные мощности будут случайным образом распределяться между различными проектами, включая изучение COVID-19.
По умолчанию клиент настроится на лёгкую загрузку процессора, но при желании её можно увеличить. Но чем выше интенсивность, тем медленнее будет работать компьютер, будет выделяться больше тепла и потребляться больше электроэнергии.
Посмотреть, над каким проектом работает сейчас ваш ПК, можно в меню «Веб-контроль». Строка Work Unit обозначает номер исследования, которым занимается ваш компьютер. Вот идентификаторы, которые соответствуют исследованию COVID-19: 11741, 11742, 11743, 11744, 11745, 11746, 11747, 11748, 11749, 11750, 11751, 11752, 11759, 11760, 11761, 11762, 11763, 11764, 14328, 14329, 14530, 14531 и 14532.
Чем, кроме распределённых вычислений, занимается гражданская наука
У каждой исследовательской программы есть свой сайт или своё ПО, установив которые, можно участвовать в классификации галактик или простых чисел, мониторинге астероидов и птиц, поиске гравитационных волн и новых антибиотиков. Программ для «гражданских учёных» огромное множество, стоит только выбрать желаемое направление.
В 2018 году с помощью добровольцев, которые за 2 дня проанализировали несколько миллионов фотографий с телескопа «Кеплер», удалось открыть 218 новых экзопланет.
На DigiVol можно перевести в электронный вид данные об экспонатах Австралийского музея, тексты дневников исследователей прошлых веков и другие записи.
Milkyway@home создаёт очень точную трёхмерную модель галактики Млечный путь, используя данные, собранные Слоановским цифровым обзором неба.
А на Zooniverse собрано множество заданий: классификации галактик, подсчёт животных или расшифровка рукописей, выполняя которые, можно помочь науке.
Исследования в области коронавируса уже дают первые положительные результаты. Так, суперкомпьютер Summit нашёл 77 соединений с потенциальной эффективностью против SARS-CoV-2, а руководитель Folding@home Грег Боумен в своём «твиттере» сообщил, что удалось получить динамическую модель протеина шиповидных отростков вируса.
Эти успехи вывели проект далеко за пределы своего предыдущего пика в 2007 году, когда Sony встроила поддержку Folding@home в свои консоли PlayStation 3. С тех пор интерес к проекту то возрастал, то уменьшался. Все проекты, подобные Folding@home, пострадали от роста популярности криптовалют, которые предложили менее альтруистическое, но более выгодное использование избыточной вычислительной мощности — майнинг. Но в этом году проект получил новый импульс, объединив усилия миллионов неравнодушных пользователей для борьбы с эпидемией.