En dansk forsker skal snart knuse milliardvis af tal på en fransk supercomputer, for at medicinalindustrien kan producere medicin uden bivirkninger.
Danskeren hedder Thomas Kjærgaard, og han er post.doc. og forsker i teoretisk kemi ved Aarhus Universitet.
"Vi skal med vores forsøg vise, at vi kan udnytte den franske supercomputers mange kerner, da vores forskning kræver rigtig, rigtig mange beregninger," forklarer Thomas Kjærgaard til Computerworld.
De danske forskere skal ved hjælp af den franske supercomputer blandt andet kigge på, hvordan molekyler i et lægemiddel påvirker proteinerne i kroppen, så man i sidste ende kan producere bedre lægemidler med færre bivirkninger.
40 millioner beregningstimer
Den danske forsker har netop fået bevilliget 40 millioner beregningstimer af EU-kommissionens PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe) til en estimeret pris på omkring 10 millioner kroner,
Den mulighed skal han udnytte på den franske supercomputer Curie, der med sine 77.184 kerner er verdens 20. største supercomputer.
En beregningstime på en supercomputer måles ud fra antallet af kerner.
Således svarer en times beregning på en maskine med én kerne reelt til en beregningstime, mens en times beregning med fuld udnyttelse af supercomputeren Curies multikernearkitektur svarer til 77.184 beregningstimer.
Rejsen mod supercomputeren
For overhovedet at få adgang til en af verdens mest avancerede regnemaskiner har de århusianske forskere dels skullet vise, at deres kemi-beregningsprogram har forskningsmæssig relevans, dels skulle de dokumentere, at det kan afvikles på supercomputere.
Dokumentationen har Thomas Kjærgaard og sine medforskere arbejdet på siden 2004, hvor den første spæde start til programmet tog sin begyndelse.
Sådan kom forskerne i gang med at bruge supercomputere
Herefter har han siden tillært sig supercomputer-programmeringssproget Fortran ved først at tage et kursus i sproget, og siden lært sig selv op via bøger, sidemandsoplæring og selve programmeringen af algoritmerne.
Forskerholdet har på rejsen mod supercomputeren i Frankrig først kørt programmet på en maskine med to kerner.
Senere implementerede de MPI (Messaging Passing Interface) til at kommunikere mellem flere noder (forskellige maskiner i en supercomputer), og OpenMP (Open Multiprocessing) til at udnytte samtlige kerner i noderne til parallelle beregninger.
Derfor rykkede forskerholdet over på Aarhus Universitets 'lille' supercomputer med 1.700 kerner.
Lang proces
"Vores algoritmer er nu sat op, så vi kan bruge de mange noder uafhængigt af hinanden. Ellers ville vi jo bare sende data frem og tilbage og derved ikke udnytte maskinens potentiale," forklarer Thomas Kjærgaard.
Senest har programmet været testet på amerikanske Titan, verdens andenstørste supercomputer med i alt 300.000 processorkerner, hvor forskerholdet fik stillet tre millioner regnetimer til rådighed.
"Det har været en lang proces med en masse learning-by-doing for hele tiden at kunne bruge flere noder, men vi har undervejs vist, at metoden er fornuftig," lyder det på jysk fra Thomas Kjærgaard.
Schrödinger besøger regnemonsteret
Den forskningsmæssige relevans kommer af Thomas Kjærgaards baggrund som teoretisk kemi-forsker, hvor han blandt andet beskæftiger sig med kvantefysik og biokemi.
Skåret helt ind til atomerne skal han med hjælp fra den franske supercomputers 40 millioner beregningstimer løse Schrödingers ligning flere gange med forskellige parametre for at undersøge, hvordan molekyler i et lægemiddel påvirker proteinerne i menneskekroppen.
Derfor kan medicin give bivirkninger
Thomas Kjærgaard forklarer, at ved brug af Schrödingers ligning kan man se, hvordan to atomer fra forskellige molekyler interagerer.
Det er relevant i dette forsøg, fordi molekylerne i lægemidler kan binde sig til to steder i menneskets proteinmolekyler, men man ved faktisk ikke, hvor det præcis sker, og det skal beregningerne være med til at klargøre. For hvis molekylerne fra lægemidlerne binder til de forkerte proteinreceptorer, kan det give bivirkninger.
Thomas Kjærgaard fortæller, at medicinalindustrien eksempelvis også kan bruge det teoretiske kemi-program til at forbedre molekyle-simuleringer og dermed skære ned på antallet af tidskrævende og bekostelige menneskeforsøg.
Kører over nettet
Beregningerne starter den 4. marts, men Thomas Kjærgaard og resten af forskerholdet behøver ikke pakke kufferter for at tage ned til Curie-supercomputeren i Paris.
"Vi kan tilgå maskinen igennem nettet og dermed installere og kompilere koden i Frankrig, og kan ligeledes hente resultatet hjem over nettet," siger Thomas Kjærgaard, der efter forsøget skal analysere på data.
Han har et år til at bruge sine 40 millioner beregningstimer og forventer, at beregningerne vil tage 'et par uger', hvis alt går vel.
"Der bliver ikke tale om overskydende regnekraft, for vi skal nok finde noget at bruge timerne til," lyder det fra kemi-forskeren fra Aarhus Universitet.
Du kan læse mere om forsøget på Aarhus Universitets hjemmeside eller besøge forskerholdets hjemmeside her.
Så voldsom bliver ny dansk supercomputer
IBM åbner for brug af intelligent supercomputer: Enorme muligheder i sigte
