病毒大戰全面爆發:Folding@Home 獲得 1.5 Exaflops 的運算能力來對抗新型冠狀病毒

作者 Rick Merritt

推特上的派對在 3 月 25 日週三下午 1 點 55 分展開。
那時 Folding@Home 所管理的研究網路可以說已經成為全球最強大的超級電腦。它在3月15日號召網友一同對抗新型冠狀病毒,已經獲得網友們提供充足的家用電腦多餘運算空間,打造出一個眾包的 exascale 等級運算能力超級電腦。
在短短十天內,支持者便將這個團體的軟體下載到數十萬台家庭電腦上,以協助破解新型冠狀病毒的遺傳密碼。
「這真是一次了不起的經歷。」Folding@Home 研究團隊的隊長 Greg Bowman 說。Folding@Home 是一支全由志工組成的研究團隊,而 Bowman 自己還是位於聖路易斯市之華盛頓大學醫學院的副教授,而華盛頓大學醫學院也是全球維持 Folding@Home 研究網路運作之十一處實驗室當中的一處。

他說:「我們非常高興有機會可以嘗試所能想到的一切方法,同時在最大限度的情況下,提高對當前這場遍及全球的大流行病造成影響的可能性。」
待在家中的支持者們在推特宣布這項消息的推文底下,貼出了一則虛擬動畫派對。影片中的學生們在課桌上跳舞、電影《捍衛戰士》中的英雄們擊掌慶祝,餅乾怪獸狼吞虎嚥地吃著美味的餅乾,還有一小群《星際爭霸戰》、《星際大戰》和動畫角色們齊聲歡呼,甚至連動畫版的 Simon Cowell 也豎起了大拇指表示讚許。
Folding@Home 募集到的家用電腦閒置運算能力繼續增加,現有超過百萬台電腦加入這個研究網路,而年初時僅三萬台。
Bowman 估算這個網路的運算效能已經超過 1.5 exaflops,有部分原因是當中存在著超過35.6萬個 NVIDIA GPU。他說該團體的部落格不久後會分享更多消息。

一窺新型冠狀病毒的棘突蛋白

甚至在打破 exaflop 等級運算能力的障礙之前,研究人員便已經發表了令人吃驚的成果。在一支新型冠狀病毒蛋白感染健康細胞的動畫中,可能暗示著對抗新型冠狀病毒之藥物或疫苗的分子標靶(請見上圖)。
這項成果建立在該團體先前對伊波拉病毒進行的實驗基礎上。過去他們曾廣泛探索組成生物(包括病毒在內)的基本成分「蛋白質」,是怎麼折疊成 3D 立體形狀來執行各種功能。
無法只靠著一張智慧型手機的自拍照片,就能讓人首度見到新型冠狀病毒的蛋白質結構。這種科學視覺化作業要用到大量的運算能力,模擬近原子等級的交互作用。

藉由 Exaflop 等級的運算能力快速計算

電腦科學家們目前在多個網球場大小的機房裡安裝伺服器,以解決重大的科學問題。當今全球速度最快的超級電腦,也就是橡樹嶺國家實驗室裡的 Summit 系統,搭載了 27,648 個 NVIDIA Tensor Core GPU,在 HPL 基準測試方面寫下 148.6 petaflops 的成績。排名第二的勞倫斯利弗莫爾國家實驗室 Sierra 系統同樣使用 NVIDIA GPU,創下 94.6 petaflops 的運算能力表現。
運行著這兩套系統的美國能源部打算在 2021 年的某個時間點,啟用其首套達到 exascale 等級運算能力的系統,可以說 exascale 等級運算能力的時代業已展開。Summit 超級電腦系統已經寫下多項里程碑,包括在運行混合精度人工智慧任務方面創下 3.3 exaflops 的運算能力。
話雖如此,Folding@Home 倒是創下首個集眾人之力組裝出 exascale 等級運算能力的名聲。
這是一項令人興奮的成就。想像一下有十億人,每個人手中有著十億個計算機。如果他們同時按下等號,將在一秒內執行 10 的 18 次方次運算,這便是一個 exaflop。

你有許多可以伸出援手的途徑

Bowman 在推特上對支持者說,研究人員曾倉促地拼湊出更多伺服器,不斷投入資料給所有連上的個人電腦,以充分利用大量捐贈的運算空間。
「我希望可以代表大多數人這麼說,透過這個方法能讓我有所貢獻,也對我的心理狀態有著正面影響。」一名支持者這麼回答。
英國的一位電腦專家打趣道:「Folding@Home 影響著我家頂樓溫度的高低。」
Folding@Home 一直鼓勵使用者把電腦上的閒置時間捐給他們,使用者可以在這裡下載軟體。Folding@Home 也會在開放性一般研究網站生物學等專業領域的網站公開實驗資料。
為了加快研究腳步,Folding@Home 日前宣布新進行一批小分子篩選模擬作業,將有助於區分出優先由 COVID Moonshot 進行合成和化驗的分子。
Folding@Home 是眾多對抗新型冠狀病毒的技術團隊之一。
在許多科技公司與大學的助力下,美國能源部成立了 COVID-19 高效能運算聯盟(COVID-19 High Performance Computing Consortium),匯集十六具超級電腦,在超過 3.6 萬個 NVIDIA GPU 的幫助下,總運算能力達到 330 petaflops。
開發人員另外已經在 #BuildforCOVID19 黑客松活動中編寫了多個專案的程式碼,重點項目將於 4 月 10 日公布。
NVIDIA 也盡一己之力,提供免費九十日 Parabricks 軟體使用授權給研究人員,以便加快分析出新型冠狀病毒的遺傳密碼。