Новости

Институт Макса Планка

 
 

Общество содействия науке имени Макса Планка – это независимая некоммерческая исследовательская организация, основное подразделение которой располагается в Германии. Как и для большинства научно-исследовательских групп, для Гёттингенского института компьютерные вычисления являются важнейшим инструментом в работе и анализе полученных результатов. Использование параллельных вычислений на базе графического процессора (GPU), обеспеченных технологиями NVIDIA CUDA и Tesla, в рамках института позволило значительно ускорить исследования профессора Хольгера Штарка (Holger Stark) и его группы в области 3D электронной криомикроскопии.

ЗАДАЧА

Целью работ профессора Штарка является более глубокое понимание строения и пространственного движения мельчайших наномолекулярных структур, называемых макромолекулами. Эти биологические «машины», присутствующие в каждой живой клетке, отвечают за самые базовые жизненные процессы, и необходимо понимание механизмов их работы. К примеру, антибиотики выполняют функции макромолекул определенного типа, называемых рибосомами, в бактерии. Поэтому точное представление о рибосомах и их функциях очень важно для создания эффективных медицинских препаратов.

Команда профессора Штарка использует электронный микроскоп для получения детального 3D изображения макромолекул. Разрешения современных электронных микроскопов позволяют работать с размерами меньшими, чем расстояние между атомами, но изучаемые биологические структуры разрушаются интенсивным потоком электронов. Чтобы не повредить биологические структуры, исследователи охлаждают образцы до очень низкой температуры и используют относительно малую порцию электронов для рассмотрения строения макромолекулы и пространственного движения. Однако низкое разрешение становится причиной появления шумов на изображениях, из-за чего они подлежат обработке. Исследователи разработали специальные инструменты для обработки 3D изображений, позволяющие снизить уровень шумов и быстро повысить точность нескольких изображений одновременно.

Команда исследователей обработала около 15000 изображений за 7 дней, используя 48-ядерный CPU кластер. Но с такой скоростью обработка миллиона файлов заняла бы 1.3 года для каждой изучаемой макромолекулы.

РЕШЕНИЕ

В феврале 2008 года Гёттингенский институт стал первой в мире площадкой для установки NVIDIA® Tesla™ в серверной конфигурации из 200 GPU. Реализовав свои алгоритмы на языке программирования NVIDIA CUDA™ в рамках серверных решений Tesla, исследователи смогли задействовать широкие возможности параллельных вычислений GPU и производить расчеты намного быстрее.

Благодаря такой GPU конфигурации обработка миллиона изображений занимает 14 часов, что более чем в 800 раз превышает скорость работы CPU кластера. Принимая во внимание эти результаты, Институт планирует расширить систему, чтобы обрабатывать такой объем файлов за девять часов, теоретически поднимая Гёттингенский GPU кластер на один уровень с самыми мощными мировыми суперкомпьютерами.

«Технология NVIDIA GPU – это именно то, что было нужно нашей команде», – считает Штарк, – «И она появилась как раз вовремя. Она в корне изменила нашу работу – теперь мы можем за несколько часов провести вычисления, которые были невообразимо медленными на предыдущем CPU решении. Эта технология позволяет ускорить нововведения и открытия».

ЗНАЧЕНИЕ

Новые открытия во взаимодействии антибиотиков и макромолекул в бактерии позволят разрабатывать более эффективные лекарственные средства и антибиотики. На них возлагаются большие надежды, в частности, что со временем эти открытия позволят не просто более быстро восстанавливаться после болезней и хирургических операций, но и, в конечном счете, спасать жизни.



 
 
 
 
VKontakteMail.ruOdnoklassniki.ruGoogle+Facebook