Světem stále řádí koronavirus způsobující infekční onemocnění COVID-19, na které stále neexistuje lék nebo vakcína. Na výzkumu pilně pracují vědci z celého světa a v rámci mnoha laboratoří – vládních i soukromých, se nyní ukázala nová forma „technologické“ pomoci, díky níž jsme mnohem schopnější najít řešení, než kdy dříve.
Zatímco v minulosti byl výzkum výhradně v rukou chemie a fyzického zkoušení, s obrovským výpočetním výkonem lze stále více věcí dělat pomocí simulací a výrazně urychlit výzkum léků a vakcín. A právě v této oblasti s příchodem koronaviru nastala revoluce, kterou lidstvo zatím nepamatuje.
Distribuovaný výpočetní výkon od „všech“
Pokud jde o vědecký výzkum a simulace, na světě jsou dvě hlavní významné varianty. Na jedné straně máme k dispozici různé superpočítače patřící především vládním skupinám nebo velkým technologickým společnostem, které se zabývají například simulací počasí, jaderných bomb a dalších náročných fyzikálních věcí, na druhé straně existují platformy pro distribuovaný výpočetní výkon.Tyto platformy existují více než 20 let a mezi známé patří například Seti@Home, zkoumající signály z vesmíru pro případný „inteligentní“ signál, Rosetta@Home zkoumají strukturu proteinů při výzkumů nemocí a spousta dalších.
Princip fungování je takový, že se složité a náročné úlohy rozdělí na spousty menších, které se poté posílají na jednotlivé přihlášené počítače v systému. Jde přitom o běžné počítače, které máte doma, v kanceláři a dokonce může jít i o notebooky nebo telefony a herní konzole. Zatímco jednotkový výkon těchto zařízení je oproti superpočítači malý, rozložením problému a společným výzkumem lze dosáhnout vyššího výpočetního výkonu, než nabízí leckteré obří superpočítače.
Zmíněné platformy jsou používané vybranými vědeckými skupinami a univerzitami, protože se týmy mohly snadno spojit a složit výpočetní výkon na jednom konkrétním projektu. Běžné uživatele na těchto platformách lze považovat spíše za fanoušky a „geeky“, kteří chtějí nevyužitý výpočetní výkon svého počítače poskytnout na dobrou nebo zajímavou věc. S koronavirem se ale objevila neuvěřitelná vlna popularity distribuovaného výpočetního výkonu, do níž se zapojilo obrovské množství lidí a organizací.
Rekordní Folding@Home
Mezi všemi distribuovanými platformami se stala nejpopulárnější Folding@Home, která běží již od roku 2000 a jako první reagovala a rozjela výzkum koronaviru. Zabývá se simulací skládání proteinů a nejinak je tomu i u současného koronaviru.
Garantem platformy je Stanfordova univerzita, poskytující i potřebné prostředky pro servery a efektivní rozdělování úloh mezi vědecké týmy. Vlna popularity znamenala, že se do projektu zapojilo aktuálně přes půl milionu lidí s běžnými počítači, notebooky nebo firemními servery. I když největší výkon poskytují grafické karty, jednotlivé úlohy jsou optimalizované i pro klasické procesory.
Aby toho ale nebylo málo, do platformy se postupně začaly zapojovat i velké superpočítače z celého světa. Mezi nimi i ten nejvýkonnější – americký IBM Summit, který má sám o sobě výpočetní výkon špičkově až 150 PFLOPS. Během několika dnů tak dostupný výkon rostl tak rychle, že platforma nestíhala odbavovat požadavky a musela rychle posilovat konektivitu a servery, které se o rozdělování starají.
Překonaný EXAFLOPS
Nelze se tak divit tomu, že se Folding@Home podařilo takřka během pár dní překonat celkový výpočetní výkon přes 1 EXAFLOPS, tedy více než desetkrát více, než nabízí nejvýkonnější superpočítač na světě. Do projektu se navíc zapojily i výkonné serverové platformy technologických firem jako IBM, Microsoft, Amazon, Google a nechybí i další organizace, včetně například NASA a podobných, které mají vlastní superpočítače.
Co se zkoumá
Folding@Home simuluje skládání proteinů buněk. Proteiny jsou totiž základní části většiny biologických funkcí a jsou součástí všech procesů v buňkách. Proteiny jsou rovněž součástí imunitního systému a aby mohl protein plnit svou funkci, musí být správně složen do trojrozměrné struktury, která je poměrně komplexní a dynamická.
Tento proces se standardně děje pomocí reakcí aminokyselin s okolím a zde je právě to nejdůležitější. Zjištěním toho, jak dochází ke skládání lze zároveň zjistit, co protein vlastně dělá. Při analýze struktury viru je cílem vyvinout „therapeutic antibody“, což je druh proteinu, který dokáže efektivně blokovat spike proteiny koronaviru. Díky k tomu by se koronavir nedokázal zachytit například na plicních buňkách, které často napadá.
Přidaly se i kvantové počítače
Posílit výpočetní schopnosti vědeckých týmů se rozhodla i společnost D-Wave, který vyrábí kvantové akcelerátory. Vědci tak dostanou zdarma pronájem výpočetní kvantové platformy v cloudu, která běží na kvantových počítačích řady D-Wave 2000Q a každý takový počítač tak pracuje s dvěma tisíci qubity.
Právě kvantové počítače mohou poskytnout velkou změnu ve výzkumu, protože dokážou řešit extrémně složité problémy mnohem jednodušeji a rychleji. Jejich slabinou je ale náročnost samotné specifikace úlohy a reprezentace výsledků. Vývoj v této oblasti je složitý a stále poměrně na začátku, ale dle oznámení by se do boje měli pustit „kvantoví inženýři“ z celého světa.