Když správci projektu SETI@Home zkraje března oznámili, že na konci měsíce vypnou své servery, zprávička probublala i do některých masmédií a širší veřejnost se dost možná poprvé dozvěděla o existenci jakési komunity šílenců, jejichž počítače po nocích hučí na plný plyn, aniž by těžily kryptoměny nebo kódovaly 4K video z dovolené.
Dělají to tak už desítky let – vlastně od dob, kdy měl průměrný počítač výkon starého mobilního telefonu, který byste dnes věnovali k dožití leda tak své babičce nebo dětem.
Internetový superpočítač
Tehdejší výpočetní výkon byl velmi drahý, průmyslové supermašiny byly ještě nedostupnější, a tak se zhruba v polovině 90. let vědci začali zaobírat otázkou, jak v jeden obrovský počítačový klastr proměnit tisíce běžných domácích PC.
Princip podobného distribuovaného superpočítače je vlastně docela jednoduchý. Dejme tomu, že bude chtít klimatolog spočítat nějaký velmi náročný model atmosféry. Složitý úkol tedy rozdělí na malé dílky, které si pak ze sítě automaticky stáhnou programy na počítačích dobrovolníků, podle výkonu procesoru je během několika hodin až dnů vypočítají a výsledek odešlou zpět.
Vědec, který by jinak čekal v pořadí na univerzitní superpočítač, jehož provoz stojí nemalé peníze, se vše dozví za zlomek času a ke všemu zadarmo.
SETI@Home hledal ufony...
Jedním z prvních velkých a úspěšných projektů distribuovaných výpočtů byl právě SETI@Home, tedy pokus nalézt v ohromných kvantech zachyceného rádiového šumu z teleskopů vzory, které by mohly odpovídat umělému signálu. Signálu, jehož zdrojem není pulsar ani jiný přírodní jev.
SETI@Home pomáhal pomocí výkonů tisíců běžných počítačů na internetu hledat umělé rádiové signály v datech z teleskopů
Vědci z Berkeley naprogramovali jednoduchý program, vypustili jej do světa, a jelikož byl tehdejší internet na sklonku 90. let ještě poloprázdný, nadšená komunita hozenou rukavici zvedla, začala hledat mimozemšťany, a aby ji to nadšení vydrželo, autoři celý systém vybavili gamifikačními statistikami, kdo je nejlepší, který tým zpracoval více dávek dat a tak dále.
Ale žádné nenašel
Uplynulo 21 let, ale kalifornský experiment žádné zelené mužíčky nenašel. Přesto se však nejedná o prohru a zbytečně vynaložené peníze. Právě naopak! SETI@Home dokázal, že distribuovaný superpočítač složený z různorodých pracovních stanic rozesetých po celém světě může fungovat a vedle mimozemského rádiového vysílaní tedy může spalovat watty elektrické energie i něčím na první pohled možná prospěšnějším.
V programu BOINC stačí vybrat projekty, kterých se chcete účastnit, a spustit analýzu
A tak se zrodila celá nová softwarová platforma BOINC – Berkeley Open Infrastructure for Network Computing, která dnes zastřešuje desítky výzkumů prakticky ze všech vědních oborů počínaje matematikou a astronomií a konče vědami o Zemi a medicínou.
Jeden z těchto výzkumů se jmenuje Rosetta@Home, modeluje proteiny, před pár týdny se zapojil do analýzy aktuálního koronaviru a pomohl jej úspěšně zmapovat. Představíme si jej v následující kapitole.
Rosetta@Home
Pokud si myslíte, že hledání mimozemského rádiového SOS nemá smysl, zkuste raději projekt Rosetta@Home, na kterém spolupracuje několik amerických univerzit a medicínských výzkumných ústavů. Stačí si nainstalovat program BOINC, v seznamu zvolit právě Rosettu a případně nastavit, jak moc má zatěžovat PC.
Rosetta@Home na platformě BOINC
Program si poté stáhne dávku dat a podle výkonu počítače je bude hodiny, desítky hodin nebo klidně i celé dny zpracovávat, hodnotit, načež vše pošle zpět. No dobrá, ale co přesně? Cílem Rosetty je modelování proteinů – bílkovin.
Rosetta modeluje proteiny
Proteiny jsou podstatou každého živého organizmu. Tyto biopolymery plní stavební (kolagen), transportní (hemoglobin), regulační (enzymy, hormony) i obrannou funkci a Rosetta může využít počítačového výkonu tisíců zapojených fanoušků k vytváření modelu jak přírodních, tak syntetických bílkovin, které třeba jednou cíleně dopraví lék na místo určení.
Projekt Rosetta modeluje proteiny. Aktuálně se zapojil a namodeloval i proteiny koronaviru.
Pokud se v Rosettě stále ztrácíte a její funkce vám připadne příliš abstraktní a neurčitá, snad vám pomůže tato zpráva z konce února, kterou publikoval Institut proteinového designu při Washingtonské univerzitě. Píše se v ní, že Rosetta dokázala vytvořit model klíčových proteinů viru SARS-CoV-2, který dnes působí takové maléry a mediální paniku.
Rosettě se podařilo analyzovat koronavirové proteiny o několik týdnů rychleji, než by to dokázala jakákoliv výzkumná laboratoř, a tím pomohla k poznání jak samotného viru, tak k vývoji antivirotik.
178 TFLOPS
Jelikož jsme však na technickém webu, pojďme se na Rosettu podívat ještě optikou jejího výkonu. Aktuální statistiku najdete zde a pro nás je podstatné, že se do ní dohromady zapojilo úctyhodných 2,5 milionů počítačů. Těch permanentně aktivních (posledních 24 hodin) je sice o mnoho řádů méně, i tak ale představují souhrnný výkon 178 TFLOPS (178 bilionů výpočtů za sekundu).
Je to sice o řád méně, než činí změřený výkon ostravského klastru Salomon (1 457 TFLOPS), ale opět připomenu, že za samotný distribuovaný superpočítač Rosetty a jeho běh nezaplatili vědci vyjma vlastních počítačů ani korunu. Jedná se o čirou technologickou charitu fanoušků z celého světa.
Rosetta ale není jediným projektem na platformě BOINC. Používají ji také britští klimatologové z Oxfordu. V další kapitole si představíme distribuovaný superpočítač Climateprediction.
Climateprediction.net
Rosetta patří k nejznámějším výpočetním projektům na platformě BOINC, rozhodně ale není jediná. Pokud vás baví leda ty proteiny, které najdete ve vanilkových proteinových tyčinkách, můžete propůjčit část svého výkonu raději jinému modelování – modelování zemské atmosféry, které zastřešujeme experiment Climateprediction.net.
Climateprediction analyzuje zemskou atmosféru a počítá klimatické modely
Stojí za ním banda klimatologů a datových vědců z britského Oxfordu, kteří zatěžují počítače hromadou aktuálních i nadčasových problémů. V minulosti to byl třeba výzkum sucha, které v roce 2003 postihlo zejména jihoevropské země, nicméně aktuálně probíhají také projekty AFLAME a GOTHAM.
Zatímco ten první jmenovaný zkoumá, zdali mají sezónní požáry v Jižní Americe vliv na globální klima a také naopak, jak změna klimatu ovlivňuje výskyt a množství požárů, ten druhý – GOTHAM – se věnuje výzkumu, jak spolu souvisejí různé jevy v atmosféře počínaje jihoamerickým El Niño a konče asijskými monzuny. Tento výzkum by měl pomoci k lepšímu předpovídání dlouhodobého počasí a jeho extrémů.
224 TFLOPS
Ani v tomto případě nesmíme zapomenout na statistiku. Do hry se za celou dobu zapojilo 653 tisíc počítačů a aktuální výkon distribuovaného superpočítačového clusteru činí 224 TFLOPS.
Na platformě BOINC běží také jeden ryze český experiment. Jmenuje se Asteroids@Home a představíme si jej v následující kapitole.
Asteroids@Home
Opusťme medicínu a vědy o Zemi a zamiřme vysoko do vesmíru. Při přípravě článku nás totiž zaujal ještě jeden experiment, do kterého se můžete zapojit z aplikace BOINC. Jmenuje se Asteroids@Home a jak už jeho název napovídá, část svého výpočetního výkonu propůjčíte studiu tvaru všemožných skalních hroud poletujících okolo Slunce.
Asteroids@Home v BOINC a kolísavost jasu objektu v různých fázích rotace (Zdroj: Astro.cz)
Asteroidy mají nepravidelný tvar a rotují, takže se v čase mění i množství světla, které odráží – tzv. světelná křivka, kterou mohou zachytit pozemské teleskopy. Pak už jen musíte někde splašit výkonný superpočítač, který tato data projde a podle charakteru měnící se světelné křivky vypočítá základní geometrii asteroidů.
298 TFLOPS
A právě to dělá Asteroids@Home, který jsme neopomněli zmínit ještě z jednoho důvodu. Je to český projekt, za kterým stojí Astronomický ústav Univerzity Karlovy! Podle statistiky se do analýzy asteroidů za celou dobu zapojilo necelých 300 tisíc počítačů, přičemž jejich aktuální propůjčený výpočetní výkon činí 298 TFLOPS. Tedy ještě mnohem více než v případě Rosetty i klimatického superpočítače.
Platforma BOINC může být pro zelenáče nepřehledná, a tak se ji snaží ostatní zjednodušit. Pokouší se o to třeba projekt World Community Grid, který si představíme v další kapitole.
World Community Grid
Softwarová platforma BOINC nabízí desítky výzkumných projektů. Můžete pomáhat simulovat vesmír, zkoumat černé díry nebo třeba luštit matematické rébusy z II. světové války. Příliš široká nabídka projektů ale může být i na škodu.
Jelikož je BOINC open-source, v minulosti vznikly i jeho jednodušší a přednastavené varianty. Jednou z nich je projekt World Community Grid sponzorovaný IBM. Namísto desítek různých výpočtů se soustředí jen na několik málo problémů světa.
Tak koho dnes zachráníme? Aneb nastavení projektů, kterým se bude věnovat váš počítač v síti World Community Grid.
Aktuálně v něm tedy můžete pomáhat vědcům zastavit AIDS, tuberkulózu, rakovinné bujení nebo pomoci s analýzou srážek v Africe. Základní nastavení provedete při registraci na webu, načež si stáhnete přednastavený BOINC. Stejně tak se ale můžete do WCG připojit i z originálního BOINC, i tento systém je totiž v nabídce.
Byť je BOINC zdaleka největší platformou pro komunitní distribuované výpočty, z hlediska celkového výkonu postupně přebírá žezlo konkurenční projekt Folding@Home. Povíme si o něm v závěru našeho článku.
Folding@Home
Platforma BOINC není jediná svého druhu. A dnes už pravděpodobně ani nebude nejvýkonnější, postupně ji totiž zastínila konkurenční síť Folding@Home, kterou podporují také Google nebo Nvidia.
Desktopové a jednodušší webové rozhraní Folding@Home pro začátečníky s určením, jaké nemoci se má váš program věnovat
Tento projekt na to jde podobným způsobem jako World Community Grid. Takže namísto toho, abyste si složitě vybírali z mnoha desítek experimentů, kterým věnujete svůj výkon, vyberete si některé z témat a děj se vůle Boží.
Pro běžné smrtelníky je to nejspíše srozumitelnější přístup, na druhou stranu ale nemusíte mít vždy přesný přehled o tom, čemu jste, sakra, vlastně právě pomohli. Aplikace vám dá jen na výběr, jaké nemoci se chcete věnovat.
V tomto směru je BOINC transparentnější, takže když po pár letech propálíte nějakou tu megawatthodinu elektřiny, budete vědět, že to bylo na Rosettě, na Asteroids nebo na jiném a poměrně konkrétním výpočetním experimentu.
Desítky PFLOPS
V každém případě, Folding@Home se může pochlubit úctyhodným souhrnným výkonem okolo 47-100 PFLOPS (biliardy výpočtů za sekundu) dle definice. V tomto směru už dnes BOINC překonává a může se směle srovnávat i s těmi nejvýkonnějšími superpočítačovými clustery na světě.
Statistiky výkonu sítě Folding@Home
Výkon podobných decentralizovaných komunitních superpočítačů v posledních letech vzrostl raketovým tempem také díky akceleraci na grafických kartách, klientské programy totiž zpravidla nabízejí podporu technologií CUDA (Nvidia) i OpenCL (ostatní), díky čemuž jedna jediná herní mašina nahradí i desítky jednodušších domácích strojů.
Folding@Home běží na pozadí a neruší
Podobné kalstry mají proto ohromný výkon i přesto, že je počet aktivních uživatelů a jejich počítačů přece jen o něco menší než dříve, kdy podobný klient běžel jako spořič obrazovky na mašině téměř každého geeka.
Koronavirus online