Шлюз CIPRES от SDSC: окно в прошлое и высокая скорость вычислений
Исследователи из Суперкомпьютерного центра Сан-Диего (SDSC) Калифорнийского университета в Сан-Диего создали новый суперкомпьютерный ресурс, который позволяет ученым изучать эволюционные связи между большими популяциями живых организмов за значительно меньшее время, не требуя от них знаний по эксплуатации сложных компьютерных систем.
Этот ресурс, названный CIPRES Gateway (Cyberinfrastructure for Phylogenetic RESearch), представляет собой интернет-портал. Ученые со всего мира могут загружать свои данные через стандартный веб-браузер и проводить филогенетические анализы. Самые трудоемкие вычисления выполняются на суперкомпьютерах, таких как новая система SDSC Trestles, входящих в состав TeraGrid Национального научного фонда США — самой мощной в мире коллекции высокопроизводительных вычислительных ресурсов для академических исследований.
«Понимание эволюционных отношений имеет важные практические преимущества, — говорит Марк Миллер, руководитель проекта CIPRES Gateway. — Например, знание эволюционных связей между вирусами или бактериями помогает врачам понять источник инфекции, эффективно лечить пациентов и сдерживать распространение болезни».
Эволюционные связи раскрываются путем сравнения ДНК-последовательностей изучаемых особей. Проблема в том, что количество необходимых вычислений растет экспоненциально с увеличением объема данных.
«Компьютер, способный анализировать миллион деревьев в секунду, потребовал бы около 20 миллиардов лет, чтобы проверить все возможные связи для всего 22 особей!» — поясняет Марк Миллер.
Решение этой проблемы стало возможным благодаря CIPRES Gateway и суперкомпьютерам TeraGrid. Их мощность основана на параллельных вычислениях, когда большие задачи разбиваются на части, выполняемые одновременно на многих процессорных ядрах. В рамках программы TeraGrid Advanced User Support Уэйн Пфайффер из SDSC помог улучшить параллельную производительность двух широко используемых филогенетических программ — RAxML и MrBayes.
«Большинство анализов RAxML, отправляемых через шлюз CIPRES, теперь выполняются на 60 ядрах Trestles, — говорит Уэйн Пфайффер. — При типичном ускорении в 30 раз по сравнению с одним ядром, анализы, которые заняли бы месяц на ноутбуке, завершаются за день».
Шлюз CIPRES от SDSC работает чуть более года, но уже принес значительную пользу научному сообществу. На сегодняшний день более 2000 ученых выполнили свыше 35 000 анализов для примерно 100 завершенных исследований в области биологии и медицины.
«Без шлюза CIPRES эта работа и другие мои проекты не продвигались бы так быстро и гладко», — отмечает Джеймс Б. Манро, исследователь из Медицинской школы Университета Мэриленда.