Úvod
Folding@homescience
Protein je tvořen dlouhými řetězci. Protein je základní podmínkou biologického přežití. Jako enzymy jsou hnací silou všech biochemických reakcí. Jako základní složky struktury jsou hlavními složkami našich kostí, svalů, vlasů, kůže a cév. Jako protilátky dokážou rozpoznat napadající objekty a přimět imunitní systém, aby tyto objekty odstranil. Vědci proto sekvenovali lidský genom – proteinový plán biosféry – ale jak můžeme pochopit, co tyto proteiny dělají? Jak fungují?
Souvisí s projektem lidských chromozomů
Proteiny hrají v biologii tak důležitou (původní) roli. Vědci začali chápat lidský genom. Začněte třídit. Genom je vlastně „plán“ související s proteiny – genom obsahuje genetický kód (DNACode), který určuje sekvenci aminokyselin navlečených do dlouhých proteinových řetězců.
Důvod skládání
Pouhá znalost sekvence genomu nám však neumožňuje plně porozumět fungování proteinu, natož tomu, jak funguje. Aby mohly plnit svou funkci (jako jsou enzymy a protilátky), musí mít velmi specifický tvar, také známý jako „fold (Fold). Proteiny jsou jako úžasný stroj: než se dají do práce, samy se složí. Tato vlastní montáž se nazývá "skládání".
Jedním z cílů našeho projektu je napodobit skládání proteinů, abychom pochopili, jak se proteiny skládají tak rychle a spolehlivě, a porozuměli tomu, jak využít vlastnosti těchto proteinů k výrobě vysokomolekulárních polymerů.
Skládání bílkovin a související nemoci: Nemoc šílených krav, Alzheimerova choroba
Co se stane, když protein není správně složen? Například Alzheimerova choroba (Alzheimerova choroba), cystická fibróza (cystická fibróza), nemoc šílených krav (MadCow, BSE), dědičný emfyzém a dokonce i mnoho druhů rakoviny jsou způsobeny abnormálním skládáním proteinů.
Když se protein abnormálně složí, může agregovat ("agregovat"). Tyto agregáty se mohou často hromadit v mozku, o kterém se nyní běžně předpokládá, že způsobuje Alzheimerovu chorobu a nemoc šílených krav.
Skládání proteinů a nanotechnologie: vytváření nástrojů v nanoměřítku!
Kromě biomedicínských aplikací nás pochopení skládání proteinů také naučí, jak navrhnout vlastní „nano-nástroje“ velikosti proteinu, abychom mohli provádět podobné úkoly. Samozřejmě musí být také sestaveny, než mohou nanonástroje vykonávat jakékoli úkoly.
Skládání proteinů
Nejpřekvapivější věcí je nejen to, že se proteiny samy dokážou skládat samy, ale také to, že se samy skládají tak rychle: některé proteiny se mohou sestavit v milionech Kompletní samoskládání během jednoho zlomek vteřiny. I když je tento čas v lidském rozvrhu velmi rychlý, je poměrně dlouhý, pokud je simulován pomocí počítače. Ve skutečnosti trvá počítač asi den, než simuluje 1 nanosekundu (1/1 000 000 000 sekundy). Bohužel, skládání proteinů trvá desítky milisekund (10 000 nanosekund) jako časový rozvrh. Tímto způsobem by 10 000 počítačů trvalo několik dní, než by napodobily skládání. ——Například to bude trvat několik let 30 počítačů. Čekání na výsledek trvá příliš dlouho.
Odpověď: dynamika distribuce
Abychom vyřešili problém skládání proteinů, musíme prolomit mikrosekundovou bariéru. Naše skupina vyvinula nový způsob, jak napodobit skládání proteinů – metodu „rozbití pracovní jednotky na více částí a použití více procesorů k simulaci“ k prolomení milisekundové bariéry. Proto s 1000 procesory můžeme prolomit mikrosekundovou bariéru a pomoci pochopit záhadu, jak se proteiny skládají.
Co jsme zatím udělali? Co budeme dělat?
Folding@home1.0 je úspěšný. V roce od října 2000 do října 2001 jsme použili naši experimentální metodu ke skládání některých malých a rychle se skládajících proteinů. Naši metodu dále rozvíjíme a rozšiřujeme tak, aby napodobovala skládání některých složitějších a zajímavějších proteinů a problém „normálního a abnormálního skládání proteinů“. Více se můžete dozvědět na naší stránce s výsledky.
Jak to funguje
Folding@home se při výpočtech nespoléhá na výkonné superpočítače. Místo toho jsou hlavními přispěvateli tisíce osobních počítačů. Na každém zúčastněném počítači je nainstalován klientský program, který běží na pozadí a volá centrální procesorovou jednotku, aby provedla simulační práci, když systém není zaneprázdněn. V současnosti většina osobních počítačů na světě za normálních okolností svůj výpočetní výkon spotřebovává jen zřídka. Folding@home je využít tento promarněný výpočetní výkon.
Klient Folding@Home se bude pravidelně připojovat k serveru na Stanfordské univerzitě, aby získal „pracovní jednotky“, což jsou datové pakety, které ukládají experimentální data a počítají na základě experimentálních dat. Po výpočtu každé jednotky práce je odeslána zpět na server.
Analytický software
Klient Folding@home používá k provádění výpočtů upravené čtyři molekulární simulační programy TINKER, GROMACS, AMBER a CPMD a bude podléhat povolení Provádět optimalizace pro urychlení výpočtu. Tyto čtyři simulační programy byly také upraveny do několika různých verzí pro použití na více operačních platformách. Varianty každého programu budou klasifikovány sériovým číslem "Corexx".
Aktivní jádro
GROMACS
Gromacs (Core78)
K dispozici pouze pro všechny jednoprocesorové platformy.
DGromacs (Core79)
Verze Gromacs s dvojitou přesností používá pouze SSE2.
K dispozici pouze pro všechny jednoprocesorové platformy.
DGromacsB(Core7b)
Jedná se nominálně o aktualizovanou verzi DGromacs, ale ve skutečnosti je to nové jádro založené na zdrojovém kódu verze SMP/GPU. Oba se používají.
Verze Gromacs s dvojitou přesností používá pouze SSE2.
K dispozici pouze pro všechny jednoprocesorové platformy.
DGromacsC(Core7c)
Verze Gromacs s dvojitou přesností používá pouze SSE2.
K dispozici pouze pro jednoprocesorové platformy Windows a Linux.
GBGromacs (Core7a)
GromacsSREM(Core80)
GroSimT (Core81)
Gromacs33 (Corea0)
Gro-SMP (Corea1)
GroCVS (Corea2)
GroGPU2 (Core11 a Core13)
Gro-PS3 (bez čísla, ale také nazývané SCEARD Kernel)
AMBER
PMD(Core82)
Není optimalizováno
K dispozici pouze pro jednoprocesorové platformy Windows a Linux.
Jádro bylo ukončeno
TINKER
Tinkercore (Core65)
Bylo ukončeno a je poháněno rychlejším podobným jádrem nahrazeným GBGromacs (Core7a).
Není optimalizováno
K dispozici pouze pro všechny jednoprocesorové platformy.
GROMACS
GroGPU (Core10)
CPMD
QMD(Core96)
Verze rozhraní
Folding@homeConsoleversion je verze rozhraní příkazového řádku Folding@home. Je hostitelem skupiny Pande z katedry chemie Stanfordské univerzity. Oficiálně byl spuštěn 1. října 2000. Dokáže přesně simulovat skládání proteinů. A proces nesprávného skládání, aby bylo možné lépe porozumět příčinám a vývoji mnoha nemocí, je Folding@home v současnosti největším distribuovaným počítačovým projektem na světě.
Podpora platformy
Grafický procesor
Chcete-li rychle vypočítat efekt skládání proteinů, musí být proveden procesorem s vysokými výpočetními schopnostmi s plovoucí desetinnou čárkou a GPU má Díky výhodám výkonného výpočetního výkonu s plovoucí desetinnou čárkou začal Folding@home také vyvíjet programy pro GPU a delegovat úkoly na GPU. Dne 2. října 2006 Folding@home veřejně vydal testovací verzi GPU pro systémy Windows. Během testu získal výpočetní výkon 31 TFLOPS poskytovaný 450 GPU ATIX1900. Průměrný výpočetní výkon každého jádra je více než 70 tradičního CPU. Times. K 10. dubnu 2008 byla spuštěna veřejná beta verze WindowsGPU druhé generace. Nová verze podporuje řady ATI/AMDHD2xxx a HD3xxx. Již nemusí komunikovat s grafickým jádrem prostřednictvím rozhraní DirectX a podporuje více jader GPU. Verze pro NVIDIAGPU využívá technologii CUDA, která umožňuje GPU provádět operace skládání proteinů. NVIDIA oficiálně uvedla, že pouze 0,1 % světových grafických karet, které podporují CUDA, je potřeba k provádění operací a výkon může dosáhnout 7PFLOPS, což daleko převyšuje výpočetní úroveň superpočítačů [6]. Byla spuštěna veřejná beta verze pro NVIDIAGPU s podporou CUDA.
Station3
Společnost Sony se připojila k projektu Folding@home. Počínaje firmwarem PS3 verze 1.6 podporuje vědecké výpočty projektu. Protože PS3 používá procesor Cell, může poskytnout vysoký výpočetní výkon. Když je PS3 nečinný, spustí výpočetní program pro výpočet efektu skládání proteinu a použije výsledky ke studiu různých neléčitelných nemocí. Když procesor CELL pracuje, jádro displeje RSX společnosti NVIDIA bude poskytovat trojrozměrné grafické zobrazení skládání proteinů v reálném čase. Efekt grafického zobrazení je dobrý, podporuje výstup 1080p a efekty HDR. Uživatel může použít rukojeť k ovládání úhlu pohledu.
PS3 kdysi poskytoval Folding@home největší výpočetní výkon. Se zavedením softwaru pro NVIDIAGPU nahradilo NVIDIAGPU PS3 a stalo se hlavní silou Folding@home. Počátkem září 2008 poskytovaly zúčastněné herní konzole PS3 pro projekt více než 1 200 TFLOPS výpočetního výkonu, což představuje téměř 35 % z celkového počtu.
Vícejádrové procesory
S tím, jak se uvádí na trh stále více různých stylů vícejádrových procesorů, stále více softwaru podporuje vícejádrové, PandeGroup také přidala podporu symetrie v Folding@home Multiprocessor (SMP ), v naději, že zvýší výpočetní výkon softwaru. Pomocí MPI může software používat více jader k provádění operací současně.
Folding@home, který podporuje SMP, spustil 13. listopadu 2006 testovací beta verzi pro x86-64Linux a x86MacOSX. Zkušební verze pro Win32 byla vydána také pro 32bitový Linux. Verze je stále ve vývoji.
Spotřeba energie
Jmenovitý výkon herní konzole PlayStation3 je 380W. Vzhledem k tomu, že Folding@Home je navržen pro použití CPU, způsobí to, že spotřeba energie hostitele dosáhne 100 %. Nicméně podle běžných otázek Stanforda o konzolích PS3 se poukazuje na to, že každá konzole „při spuštění programu je její odhadovaný výkon asi 200 W [7]“. Ke konci května 2008 poskytlo celkem více než 51 000 hostitelů PS3 více než 1 400 TFlops výpočetního výkonu pro plán a každý PS3 poskytuje v průměru téměř 30 000 MFlops. Na základě Stanfordova 200W výstupu na hostitele (s použitím 90nm procesního procesoru) se odhaduje, že každý wattový výstup poskytuje více než 150 MFlops [8]. Protože procesor Cell PS3 používá jemnější 65nm a 45nm procesy, spotřeba procesoru se dále sníží a jeho výpočetní výkon na wattový výstup se také zvýší.