玩电脑能抗击癌症?看分布式计算科学意义
Folding@Home项目关联性分析
基于BOINC分布式计算平台的Rosetta@home和独立平台的Folding@home两者想要解决的,是很不同的问题。
Rosetta@home着重蛋白质完成折叠后的最终状态,并非折叠的过程,而且也不会探究折叠可能出现的错误。他们的研究方法,对我们感兴趣的问题和要对付疾病(例如阿兹海默症),也没有帮助。
用电脑去准确预测蛋白质的结构,比起进行真正的实验,仍是更艰难的,而从Folding@home所获得的有关蛋白质折叠和误折的数据(例如速度、能量)是和实验结果相符合的,也告诉我们更多实验不能发现的东西。Rosetta@home虽然已进行了很长时间,也取得一些很可观的成果,但当要在Rosetta@home预测的结构和晶体结构(crystal structure)之间选择时,都会选取晶体结构。因为他们的努力,我相信这将会改变,但要这梦想成真,还有一段很长的路要走。
因此,两个计划都很有价值,但处理的却是不同的问题。有些人误以为Folding@home是关于预测蛋白质的结构(其实并不是,这是Rosetta@home的专长),Rosetta@home是研究与蛋白质折叠错误相关的疾病(其实并不是,这是Folding@home的专长)。
从计算原理来讲,Folding@home项目一直都是震动过程而不是装配过程,基于BOINC分布式计算平台的Rosetta@home项目是装配计算。装配通常指的是多分子团之间进行反应并进行官能团或者其他离子交换。
而Folding@home项目的震动计算,指的是蛋白质分子在特定环境下自身的变化。
从计算精度来看,即便FAH有多方反应的任务,比如说之前有跑过病毒RNA展开域与宿主细胞关系的任务,那也是把过程转化成被模拟分子收到强烈外来力学刺激,而不是与实际的第三方分子进行互动。不过这种反应过程通常也有折叠,确切的说应该是Folding@home项目的计算结果更精确一些。Folding@home项目可以定量模拟,但需要提供预设好的模型做基础,Rosetta@home项目给出的更多的结果是“可能性模型”,这些模型能够拓展研究方向,但需要进一步校验。确切的说,我们还没有找到能够正确模拟的有效方法。Folding@home项目和Rosetta@home项目都是人类在蛋白质折叠方面的艰辛探索。
Folding@home项目目前是世界上最大的分布式计算项目,于2007年为吉尼斯世界记录所承认,截止目前有超过百万人参与项目并提交成果,它的计算能力总和也能达到全球超级计算机TOP10水平。同时该项目也是AMD和NVIDIA等GPU厂商最早参与推进的分布式计算项目,这让项目进程大大加快,用户参与更加方便。
Folding@home项目汇聚的计算能力,已经超越2012年底排名第二的超级计算机
Folding@home专注于精确地模拟蛋白质折叠和错误折叠的过程,以便能更好地了解多种疾病的起因和发展,包括部分癌症、阿兹海默症(老年失智症)、牛海绵状脑病(疯牛病)、囊胞性纤维症,并将所有计算成果和论文公开发表。到目前为止,Folding@home已成功模拟5-10微秒的折叠过程,超出先前估计可模拟的时段数千倍。
如此热门,AMD、NVIDIA也在该项目上争斗了很久,其中AMD是率先加入支持的,在专业玩家心目中提高了自己的地位,不过NVIDIA后来大力发展CUDA技术进行优化,FAH成绩得以飞速提升。AMD、NVIDIA的加入使得该项目迅速成为分布式计算的热门,TechPowerup、HardOCP、EVGA等机构、媒体、厂商都是该项目的重要参与者,中国团队也曾今取得过PPD(每日项目得分)第五名的成绩。
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