螢幕保護程式還能做什麼?

作者:Andy Patrizio 發表於 Tue, 2001-09-25 15:00 科技新知

IBM斥資1億美元打造世界上最快的超級電腦,藉此進行尖端的醫學研究計畫。然而透過分散的運算方式,幾台普通的電腦合作就能達到同樣的目的。
IBM新開發的藍色基因(Blue Gene)是一台超級電腦,科學家希望能用它模擬複雜的蛋白質合成過程,以達到分析和治療疾病的目的。
這台超級機器每秒可以執行1,024次運算指令,比1997年擊敗國際西洋棋冠軍卡斯帕洛夫(Garry Kasparov)的超級電腦深藍還快1,000倍。
但是由龐蒂(Vijay Pande)博士和一群史丹佛大學研究生主持的 Folding@Home分散式計算計畫已經能成功模擬蛋白質合成過程,目前還沒有任何一台電腦有能力做到這一點。

蛋白質控制著人體所有細胞的功能,它可以合成三維分子組合體,它們決定了細胞的機能。 蛋白質分子形狀發生的任何變化都會改變蛋白質細胞的性質,使良性細胞轉化成惡性細胞。
Folding@Home和另一項計畫SETI@Home十分類似(由志願者利用家用電腦的閒置時間來執行一個特殊的螢幕保護程式)。和SETI@Home不同,它不是用來搜尋來自外太空生物發出的無線訊號,而是用來模擬蛋白質錯綜複雜的合成過程。
Folding@Home共有15,000名志願者;而規模最大的分散式處理計畫SETI@Home有近300萬名志願者。
由於計算的難度太高,人類在此之前從未成功地模擬出蛋白質合成過程。蛋白質合成一次需十萬分之一秒,而一台電腦每天僅能模擬十億分之一秒的合成過程。照這種速度,完成一次蛋白質合成模擬需要花30年的時間。

利用多台電腦同時計算的方式,Folding@Home計畫已經完成了Beta Hairpin蛋白質的合成模擬。為了確保結果的正確性,模擬共重複進行了15次。
龐蒂說,目前Folding@Home已經開始模擬一些更為複雜的蛋白質合成過程,模擬結果會讓提供給其他研究人員檢視。
龐蒂是史丹佛大學化學專業助理教授,他在即將出版的《分子生物學雜誌》(Journal of Molecular Biology)上發表模擬蛋白質合成研究實驗的最新成果。
龐蒂說,第一次細胞合成本身並不重要。
「因為它很小,結構簡單。要利用它治療疾病還不到時候。」他說,「我們是要印證一種概念,接著就可以展現出層次更深的東西。其重要性在於它意味著這種計算模擬方法可以在今後的實驗中找到廣闊的利用空間。」
Folding@Home計劃長期從事蛋白質合成模擬研究,展示對人體作用更大的蛋白質的合成,尤其是它們合成後的分解過程。
如果我們可以瞭解蛋白質分解的規律,我們就可以找到方法阻止分解的發生,」龐蒂說,「研製一種藥物不是件隨便的事。首先要確認病源,許多疾病都是由細胞分解引起的。我們對細胞分解一無所知,因此也無法尋找病源。電腦模擬會讓我們看到問題出在那個環節。」
IBM並不認為Folding@Home對其構成威脅。事實上藍色基因計畫的領導人認為雙方的研究具有互補性。
「Folding@Home小組的發現使我們獲益良多。」IBM高級計算研究中心負責人塔利布蘭克(Bill Tulleyblank)說,「如果他們的發現能夠幫助我們了解部份的研究問題,我們就能更快地找出最終的解決方案。」
塔利布蘭克同時指出,像是Folding@Home這樣的分散式計算計畫只能模擬簡單蛋白質的合成。藍色基因超級電腦卻能夠完成更為複雜的蛋白質合成模擬。
複雜蛋白質的合成模擬牽涉及幾十個蛋白質細胞變體的交互作用,需要具有平行同步計算功能的電腦進行模擬工作。
複雜的蛋白質模擬過程必須十分詳細,務求精準,這是Folding@Home計畫無法做到的,然而,具備平行同步計算系統,由多個處理器同時高速進行資料互換的藍色基因卻可以做到。
藍色基因能夠處理的問題複雜度遠遠超出了分散式計算模式。問題在於有些程序不能被分割,然後在幾台機器上獨立處理。我們在計算過程中需要進行大量的資料互換,每個過程環環相扣。因此需要有更強力的電腦在同一時間完成所有的計算指令。


用Google搜尋原文標題: The Little Screensaver That Could