Читайте РБК без баннеров

Подписка отключает баннерную рекламу на сайтах РБК и обеспечивает его корректную работу

Всего 99₽ в месяц для 3-х устройств

Продлевается автоматически каждый месяц, но вы всегда сможете отписаться

Ваш компьютер против коронавируса: как помочь ученым найти вакцину

Пока вы спите, ваш компьютер или телефон может моделировать галактики, прогнозировать изменение климата или искать лекарство от коронавируса

Даже самого мощного суперкомпьютера не всегда хватает, чтобы решить масштабные научные задачи. Поэтому ученые просят помощи у добровольцев. Каждый может подключить свое устройство — компьютер или смартфон — к распределенной сети и поделиться небольшим количеством его мощностей. К некоторым сетям подключены сотни человек, и каждый день они помогают ученым быстрее продвигаться в их исследованиях. Научные направления разные: от поиска внеземных цивилизаций до расшифровки генома. С недавнего времени можно внести свой вклад в борьбу с коронавирусом.

Как это работает

Пользователь загружает приложение и выбирает, каким количеством ресурсов он готов поделиться. Для работы приложения есть два простых условия: устройство должно быть подключено к источнику питания и интернету. Помимо этого никаких дополнительных действий не требуется.

По умолчанию приложение не работает, когда устройство активно, например, когда вы пользуетесь компьютером или экран смартфона включен. Поэтому эффективнее всего оно работает ночью. В это время устройство выполняет небольшую задачу, например, моделирует определенный процесс, обрабатывает изображение или решает уравнение, и отправляет результаты ученым.

Для пользователя подключение к распределенной сети безопасно:

  • приложение не повлияет на работу устройства;

  • у приложения нет доступа к персональным данным;

  • пользователь задает максимальную нагрузку на устройство и может ее регулировать.

Почему ученым нужно так много вычислительных мощностей

Обычный компьютер часто «виснет» во время обработки фотографий большого разрешения. Ученым же требуется анализировать, например, изображения, сделанные самым большим телескопом в мире, и простые компьютеры, которыми мы пользуемся каждый день, с этой задачей не справятся. Для таких исследований существуют суперкомпьютеры — вычислительные машины, способные выполнять миллиарды операций в секунду. Но даже их мощностей не всегда хватает. Кроме того, количество таких компьютеров ограничено, поэтому ученым приходится ждать в очереди на подключение, чтобы решить свои задачи.

Победу принесет солидарность: ученые России и мира — о борьбе с COVID-19

«Распределенные вычисления — это своего рода суперкомпьютер масштаба планеты, — объясняет Мария Попцова, заведующая лабораторией биоинформатики, доцент департамента больших данных и информационного поиска факультета компьютерных наук НИУ ВШЭ. — В обычном компьютере все вычислительные мощности сосредоточены под корпусом ноутбука или десктопа. В распределенном по планете Земля суперкомпьютере все мощности находятся в разных местах (на разных столах в разных домах, городах и странах) и соединены между собой проводами — кабелями интернета».

Примеры проектов, работающих на основе распределенной сети

SETI@home — самый известный проект с использованием распределенной сети. Ученые из Калифорнийского университета в Беркли занимались поиском сигналов внеземных цивилизаций. После запуска в 1999 году проект быстро привлек миллион пользователей. На компьютерах добровольцев обрабатывались снимки, полученные с телескопа в Южной Америке. SETI@home просуществовал 20 лет, однако в марте 2020 года был приостановлен. На тот момент приложение было установлено на 1,8 млн устройств. Ученые сослались на необходимость проанализировать все данные, накопившиеся за годы исследований.

После успеха SETI@home ведущие университеты стали по очереди запускать собственные проекты. Калифорнийский университет в Беркли открыл доступ к BOINC (от англ. Berkeley Open Infrastructure for Network Computing) — открытой программной платформе, которую можно свободно использовать для организации распределенных вычислений. Сейчас распределенные сети на BOINC помогают ученым решать задачи по математике, физике, биологии, астрономии, медицине, химии и другим направлениям:

  • World Community Grid — проект IBM, в котором объединены медицинские исследования: от поиска онкомаркеров до поиска лекарства от лихорадки Зика. Распределенная сеть позволила завершить несколько фаз различных исследований, например, исследований по расшифровке информации генома различных организмов, поиску лекарств и вакцин от тропической лихорадки и гепатита С, созданию полной карты белков человеческого организма и др. На данный момент к распределенной сети подключено более 780 тыс. устройств.

  • MilkyWay@Home — проект направлен на создание высокоточной трехмерной динамической модели звездных потоков в нашей Галактике. С помощью распределенных вычислений произведено моделирование динамики эволюции звездных потоков Стрельца и Сироты.

  • Climate Prediction — проект для прогноза изменений климата Земли в ближайшие десятилетия. У каждого участника сети на компьютере запускается компьютерная модель земного климата, а анализ тысяч таких моделей поможет делать более точные прогнозы.

  • Rosetta@Home — проект по моделирования структуры белков. Он способствует прикладным исследованиям для борьбы с раком, малярией, болезнью Альцгеймера и другими болезнями. После публикации результатов исследования о свертывании белка куратор Rosetta@Home Дэвид Бейкер поблагодарил пользователей, сказав, что их вклад был совершенно необходим для этого проекта.

  • Einstein@Home —проект по поиску гравитационных волн. С помощью распределенной сети ученые уже открыли несколько звезд-радиопульсаров и гамма-пульсаров, излучающих гравитационные волны, а пользователи, на компьютерах которых были найдены пульсары, получили сертификаты первооткрывателей.

  • Asteroids@home — проект помогает выяснить параметры астероидов — их форму, период вращения и т.д. В 2019 году были опубликованы более 1 тыс. модели астероидов.

Существуют и проекты, основанные на других платформах. Например, исследование, помогающее в разработке новейшего ускорителя элементарных частиц, анализ и прогнозирование временных рядов, анализ данных с различных телескопов и другие.

Цифровое бессмертие: есть ли жизнь после смерти в компьютере Фото:The Red-Pill Photo Gallery / Flickr

Как распределенные сети помогают в борьбе с коронавирусом

Собственные исследования, связанные с вирусом COVID-19, запустили несколько проектов, в том числе упомянутые World Community Grid и Rosetta@Home. Самым массовым на сегодня является проект Стэнфордского университета Folding@home.

О сути проекта рассказывает Мария Попцова: «Самый известный сейчас белок — это белок на поверхности коронавируса, так называемый белок-шип (spike), который соединяется с рецепторами-белками на поверхности клеток нашего организма. Этот белок перед захватом клетки изменяет форму, переходит из закрытого состояния в открытое, и необходимо смоделировать все потенциальные формы, которые примет этот белок во время перехода».

Как разрабатывают вакцины от новых заболеваний на примере COVID-19 Фото:EPA / ТАСС

Именно для этого нужна распределенная сеть, поясняет Мария Попцова: «Один компьютер вычисляет возможность и характеристики какой-то одной формы, а всего таких возможностей — миллионы. Для чего нужно знать все возможные формы? Для разработки лекарств. Нужно подобрать такую молекулу, чтобы она связалась с опасным местом белка-шипа и заблокировала его. Тогда белок-шип не сможет связаться с нашими клетками. Этот процесс тоже надо сначала смоделировать и просчитать все формы и характеристики этого связывания, прежде чем испытывать лекарство в пробирке».

За несколько недель к проекту присоединилось более 400 тыс. человек. В мае производительность распределенной сети превысила 2,4 эксафлопс, или миллиард миллиардов операций в секунду. Это больше, чем мощность всех суперкомпьютеров из списка TOP500 вместе взятых.

Мария Попцова подчеркивает важность подключения большого количества пользователей для этой задачи: «Невозможно поставить опыты с миллионом лекарств — на это не хватит человеческой жизни. А компьютеры могут просчитать и предсказать, какое лекарство стоит испытывать, а на какое и не надо тратить время. Чем больше будет одновременных параллельных вычислений на каждом индивидуальном компьютере, тем лучше».

Какие приложения можно скачать, чтобы присоединиться к распределенной сети

  • Здесь можно скачать приложение Folding@home и присоединиться к крупнейшему распределенному проекту по анализу коронавируса.

  • Приложение World Community Grid помогает ученым разработать ученым лекарство от коронавируса. Перед скачиванием приложения зарегистрируйтесь на сайте.

  • Приложение для смартфона DreamLab в Google Play и в App Store. После установки выберите в списке проектов Corona-AI и обозначьте, сколько трафика вы готовы передавать каждый месяц. Максимальное значение — 500 Мб— эквивалентно просмотру видео длительностью 1,5 часа.


Больше информации и новостей о трендах шеринга в нашем Telegram-канале. Подписывайтесь.

Следующий материал: