Добровольные распределенные вычисления — как помочь науке ничего не делая

РаспредеИллюстрация к фильму "Назад в будущее"ленные вычисления Илюстрация к фильму назад в будущееВсе мы смотрели трилогию “Назад в будущее” и представляем, чаще всего, ученых именно в виде Дока — немного сумасшедших, людей, увлеченных какими-то идеями. Иногда и нам хочется почувствовать себя таким же первооткрывателем, проверить гипотезу, доказать теорему, построить машину времени. Или хотя бы провести тест-драйв этой машинки.

Но давайте вернемся в действительность. Машины времени нет. Полеты в космос пока не столь далеки. Болезни не побеждены. “Где же эти ученые? Какая, например, мне польза от открытий Эйнштейна”, — думают многие, когда плывут на теплоходе по океану. А ведь теплоход ориентируется по GPS, спутники которой постоянно курсируют над планетой и помогают точно установить, где находится на Земле приёмник. И если бы не работы Эйнштейна, мы бы не могли пользоваться такой технологией, потому что при скоростях спутников уже заметны эффекты, которые, если их не учитывать, собьют все прицелы GPS. Значит, польза от науки, опосредованная, всё-таки есть. Можем ли мы помочь, если не Доку, то науке?


Наверное многие из вас слышали о волонтёрах — людях, которые добровольно делают что-то, во имя чего-то великого: защита китов, посадка деревьев, уборка мусора, помощь медикам в борьбе с болезнями — как участие в вакцинации народов Африки, так и испытание этих препаратов на себе. Многие люди хотят сделать что-то большое. Так, фонд Билла и Мелинды Гейтс спонсирует разнообразные здравоохранительные программы — предупреждение и лечение туберкулеза, СПИД, борьба с малярией и лихорадками.
Представьте будущее, лет через 10. К вам подходит ребенок, который по “Дискавери” увидел программу о гриппе и спрашивает: “Папа, а ты знал, что раньше люди каждый год болели болезнью гриппа, а недавно ученые открыли средство против него и теперь мы не болеем?”. И вы отвечаете: “Конечно, знаю! Я в этом участвовал.”
Понятно, это — пока фантастика, но вам было б приятно, верно?
А что, если бы вы могли помогать науке и медицине, не жертвуя состояния, как Билл Гейтс, не проливая пот и кровь в волонтерских мероприятиях, не рискуя заразиться от прививаемых людей малярией? Вы скажите, что это фантастика.

Проект по поиску разумной внеземной жизни SETI знаком многим. Сеть радиотелескопов, сканируют небо на предмет необычных сигналов. Необычные — это которые повторяются, но которые нельзя объяснить за счёт человеческой деятельности — радары, спутники, радиостанции — или за счет естественных причин (пульсары, реликтовое излучение и др.). Во время поиска чего-то интересного в этом “шуме”, прослушивается частота за частотой — будто вы крутите медленно настройку радиоприемника, и все это шипение между радиостанциями и является шумом — и в каждой частоте пробуют найти что-то повторяющееся. Как? Каждый сигнал можно изобразить в виде графика функции. Путем сложных вычислений можно “подобрать” формулу, которая бы это описала — выполнить преобразование Фурье для графика. Это невероятно сложно, потому что данных поступает много и над всеми из них требуется проводить долгие расчеты. Использовать для этого суперкомпьютеры было бы дорого.

В 1994 году Дэвидом Джиди была предложена идея использовать для расчета объединенную сеть компьютеров добровольцев, которых постоянно, или же периодически подключены к сети. Данные с телескопов разбиваются на тысячи независимых шумов, на определенных частотах и отсылаются на компьютеры людей, которые согласились помочь в поиске внеземного разума.

Распределенные вычисления SETI@home_Astropulse_Screensaver

Не помешало ли это обычному пользованию компьютерами? Нет — программы были написаны так, чтобы использовать ресурсы, когда он простаивает. Приблизительно так же, как появляется заставка на мониторе. Когда пользователь снова начинает активно работать, например, запускает игру или конвертирует видео, программа “засыпает” и ждет следующего свободного момента. К слову, современные компьютеры часто имеют много процессоров (ядер) и выполнение таких программ может вестись даже во время пользования компьютером так, что пользователь не заметит нагрузки на машину. Программа-клиент периодически подключается к серверу для получения очередной порции данных для вычислений. После завершения расчётов их результаты отсылаются обратно.

Архитектура, которая была таким образом изобретена, называется BOINC (англ. Berkeley Open Infrastructure for Network Computing) — открытая программная платформа (университета) Беркли для GRID вычислений). Для того чтобы помочь науке теперь достаточно скачать программу клиент BOINC и подключиться к одному из проектов.

Folding@home — свертывания молекул белка

Распределенные вычисления Abeta-PS3

Folding@Home (F@H, FAH) — проект распределенных вычислений для проведения компьютерного моделирования свёртывания молекул белка. Цель данного проекта понять технику и принципы биохимического процесса создания (сворачивания) и разрушения (разворачивания) белков. Это требуется для борьбы с такими болезнями, как болезнь Альцгеймера, Паркинсона, диабет, склерозы. В результате вычислительной помощи добровольцев в данном проекте было много симуляций и на их основе было опубликовано множество промежуточных научных работ. Это наибольший из проектов добровольных распределенных вычислений, общая производительность систем, задействованных в нем способна соревноваться с производительностью мощнейших суперкомпьютеров планеты.

Einstein@Home — проверяем гипотезу Энштейна

Распределенные вычисления Einstein_at_home_logo

Einstein@Home — проект, созданный для проверки гипотезы Эйнштейна о гравитационных волнах — способа распространения гравитации во Вселенной. Для этого изучают и составляют подробный атлас “тяжелых” объектов космоса — нейтронных звезд, черных дыр, пульсирующих звезд, чтобы понять как могут распространятся гравитационные волны, если они, конечно, существуют. Наблюдения и измерения в рамках этого проекта позволяют глубже понять и подтвердить (а быть может в будущем — опровергнуть?) общую теорию относительности (Помним GPS?), узнать с какой скоростью перемещаются гравитационные волны — со скоростью ли света, определить физические свойства этих гипотетических волн. Кроме того, с 2009 года часть мощностей проекта и, соответственно, часть вычислений добровольцев направлено на поиски радиопульсаров и других необычных объектов Вселенной.

MilkyWay@Home — астрофизика

The Milky Way Galaxy

MilkyWay@Home — это проект добровольных распределенных вычислений в области астрофизики, целью которого является исследование потоков звездного вещества Млечного Пути и составление высокоточных трехмерных динамических моделей. Сейчас в основном моделируется звездный поток Стрельца. Он имеет нестабильную орбиту и скорее всего образовался в результате сближения  карликовой галактики с галактикой Млечный Путь.

World Community Grid — помогаем IBM

Распределенные вычисления world-community-gridWorld Community Grid (WCG) — проект добровольных распределенных вычислений, созданный IBM, на базе которого создано множество подпроектов. Некоторые из этих подпроектов проводят исследования по борьбе с раком и СПИД. Другие моделируют средства для лучшей очистки питьевой воды, средств борьбы с гриппом и простудой. Решение о том, к каким расчётам следует привлечь первостепенное внимание, принимается совместно с ведущими учёными разных стран.

PrimeGrid — поиск простых чисел

Распределенные вычисления prime-grid-226x170PrimeGrid — это проект добровольных распределенных вычислений, целью которого является поиск простых чисел (которые делятся лишь на 1 и на себя) разнообразных форм. Некоторые важны для проверки гипотез математики, другие для тестирования программного обеспечения или криптографии.

 

На самом деле проектов, где вы можете помочь науке, частью мощностей вашего ПК, очень много. Перечислим несколько интересных и разнообразных, буквально одной строкой:
sudoku@vtaiwan  — выяснение минимального количества начальных чисел, необходимого для единственного решения головоломки;

Распределенные вычисления sudoku_vtaiwan
Leiden Classical — численное решение задач классической механики;
Seventeen or Bust — проверка одной из гипотез математики;
Renderfarm — создание фермы рендеринга для всех желающих — любой может проявить свои 3D-модели, превратив их в картинку или видео высокой четкости;
Enigma  — Попытка расшифровки некоторых перехваченных и не расшифрованных до сих пор сообщений немцев времен Второй мировой войны;
LHC@home — проект, позволяющий моделировать поведение пучков частиц в Большом Адронном Коллайдере — эти данные в последствии используются при калибровке установки;
Magnetism@home  — проект по расчету магнитных конфигураций цилиндрических нано-элементов, созданный Константином Метловым из Донецкого физико-технического института. Проект решает задачи статики, динамики и термодинамики для магнитных нано-элементов различной формы.

Очень часто люди с одинаковыми хобби соединяются в группы. Так и с добровольными распределенными вычислениями. Есть множество групп людей, которые соединяются по разным признакам — один университет, одна страна, просто понравилась группа. В Украине есть национальная команда, сайт которой distributed.org.ua. На сайте есть форум, где проводится обсуждение на разные темы и где можно получить более детальную информацию о каждом проекте. Такие же национальные команды есть и в России, и в Польше, и в Германии — во многих странах.

Для того чтобы было интереснее, люди устраивают соревнования — меряются тем, сколько полезной работы сделали  и сколько очков (кредитов или Cobblestones) заработали. Количество очков зависит от производительности компьютера, от числа задействованных машин (можно под одним именем использовать несколько компьютеров) и времени, сколько компьютер может заниматься вычислениями. Некоторые проекты несколько раз в год проводят так называемые заезды или челленджи — когда соревнуются команды: кто из команд за определенный промежуток времени заработает больше всех кредитов.

“Недостатком” вашей такой помощи науки может служить увеличивающийся счет за электричество. Это и есть та малая плата, благодаря которой вы, сможете вместе с другими добровольцами победить болезни, решить сложные задачи и сформировать карту нашей Галактики. Возможно вы спросите, можно ли на этом зарабатывать? Нет, нельзя. Да, точно нельзя. Это волонтерская помощь. Безвозмездная.

В этом видео расскажу как подключиться к проекту добровольных распределенных вычислений

Если у вас возникли какие то вопросы, задавайте их в комментариях. Благодарю, что поделились статьей в социальных сетях. Всего Вам Доброго!

С уважением, Руслан Писарев

Добровольные распределенные вычисления — как помочь науке ничего не делая: 11 комментариев
    1. Руслан

      Можно решать математические загадки или помогать художникам рендерить 3D-модели.

  1. Алексей Виноградов

    есть ещё один сайт, не помню как называется, который подключает ваш компьютер, а точнее его видеокарту, для обработки распределённых вычислений и за это платят денежку. Правда, по предварительным подсчётам денежка едва ли окупает затраченную электроэнергию и вероятность выхода из строя видеокарты :)

  2. Alexey G. Mironov

    Ищу эксперимент, не могу вспомнить, в котором проверялась гипотеза о нормальности распределений случайных величин. На практике, оказывается, что в масштабах земли в определенное время нет случайности. Хелп, кто знает про эти распределенные вычисления?

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.