BOINC - počítače všech zemí, spojte se 1/2

Seznam kapitol

1. Distribuované výpočty - úvod 2. Počátky DC výpočtů 3. Proč se do výpočtů zapojit? 4. Výpočty pomocí řídícího procesoru - CPU

5. Výpočty pomocí GPU 6. Výpočty na PS3 7. Výpočty prostřednictvím internetu

Máte doma, v kanceláři, na koleji, ve škole či jinde počítač, který alespoň část své provozní doby není naplno vytížený? Víte o tom, že se díky takovémuto počítači můžete například pomáhat ve výzkumu léků proti smrtelným chorobám v době, kdy píšete v textovém editoru, při práci v účetním programu, při stahování dat, sledování filmu, nebo když si popíjíte svůj šálek kávy a nechce se vám na tu chvíli vypínat počítač?

Reklama

Pokud nejste studovaní vědci, odborníci v daném oboru, lidé s obrovským množstvím času potřebného na amatérské bádání, ani nepracujete ve výzkumných ústavech, rozhodně nepřestávejte číst dál, jelikož tento článek je určen právě vám a právě takoví lidé dnes velkou mírou pomáhají v různých oblastech moderní vědy. Zdá se to neuvěřitelné, ale pokud ve vás dřímá alespoň nepatrný zájem o vědu, či prostě jen chcete pomoci ve výzkumu v některé z oblastí vědy, stačí vám k tomu obyčejný domácí počítač, notebook, nebo třeba herní konzole PS3 a občasné připojení k internetu. Výzkum, který bychom vám chtěli tímto článkem představit, je zaměřený pro všechny, kteří chtějí na dálku vědcům pomoci, a nazývá se distribuované výpočty (dále jen Distributed Computing, zkráceně DC).

Jelikož většina počítačů na světě svůj plný výpočetní potenciál využívá jen velice malou část své provozní doby, ale jejich spotřeba elektřiny je jen o málo menší než kdyby byly vytíženy naplno, je obrovská škoda tohoto lenošení počítače nevyužít a málokdo si uvědomuje, kolik takového nevyužitého výkonu na světě vlastně je.

Jak pracují DC projekty

Stručně řečeno, existují desítky různých vědeckých projektů, které prostřednictvím DC distribuují svá data pro zpracování na běžné počítače a některé jsou na tomto distribuovaném výkonu dokonce závislé. V DC platí do písmene pořekadlo „Nemusí pršet, stačí když kape“ a zde kape z miliónů obyčejných počítačů na světě takový výkon, který převyšuje několikanásobně výkon i těch největších superpočítačů světa. Na těchto superpočítačích je v dnešní době ale obrovská fronta zájemců o zpracování dat a zároveň to stojí obrovské peníze. Prostřednictvím DC se tedy otevírá cesta i malým vědeckým skupinám, školám, či individuálním vědcům, kteří nemají prostředky pro takovéto placené zpracovávání a na svém počítačového vybavení by s tím strávili desítki, možná i stovky let.

BOINC - počítače všech zemí, spojte se 1/2

Zapojení do jakéhokoliv DC projektu spočívá pouze v instalaci klienta a ten už většinou dokáže provádět veškeré potřebné činnosti a starat se o konkrétní aplikace. Po nainstalování je programu automaticky systémem přidělena nejnižší priorita. Jinými slovy, jakýkoliv běžný program má na vašem počítači přednost před DC výpočty. V praxi to funguje tak, že při práci na vašem počítači prakticky nepoznáte, že je na něm klient nainstalován a pracuje. Aplikace DC využívají pouze zbytkový výpočetní prostor, maximálně pružně ustupují programům, které používáte, a pokračují ve výpočtech, až když mají opět k dispozici alespoň nějaké to procento výkonu procesoru.

Většina projektů funguje tak, že celková práce je rozdělena na spoustu dílků a ty jsou následně rozesílány na jednotlivé počítače, které si o ně řeknou. Po zpracování každého dílku jednotlivé počítače samy odešlou výsledná data zpět do centra projektu a tam dojde ke spojení výsledků opět do jednoho celku. Tímto způsobem je možné zpracovávat obrovská množství dat s minimálními požadavky na jednotlivé stroje, protože tyto dílky mají většinou jen malou velikost a výpočty trvají od několika minut do několika hodin. Počtáři tak společně tvoří obrovský stroj, který pomáhá téměř ve všem, co vás napadne. Váš jeden domácí (i třeba stařičký) počítač se tak může stát jedním z mnoha milionů procesorů v obrovském superpočítači. Nemusíte jej zapínat nijak častěji než při běžném používání, ale při brouzdání na internetu či jiné činnosti můžete zároveň pomáhat vědcům v jejich výzkumech. Kouzlem celého DC je rovněž to, že si sami můžete vybrat, kterému projektu chcete pomoci a také v jakém rozsahu.

Vše začalo hledání mimozemšťanů

Na konci padesátých let minulého století vznikl projekt SETI (Search for Extraterrestrial Inteligence), který postupně zahrnoval spoustu projektů pro vyhledávání mimozemských civilizací ve vesmíru dostupnou technikou. Po odchodu NASA v roce 1993 ztratil projekt obrovské finanční prostředky a musel se vydat cestou úspor. Předcházející rádiové SETI výzkumy používaly speciální, za tím účelem navržené, superpočítače umístěné přímo v teleskopu které prováděly převážnou část celé analýzy dat. Jejich výkon byl sice obrovský, ale nedostačující. Právě zde se zrodila myšlenka distribuovaných výpočtů.

David Gedye (na fotce) s Craigem Kasnoffem v roce 1995 navrhli, aby se radiový výzkum SETI prováděl na virtuálním superpočítači, který by byl složen z velkého množství individuálních počítačů připojených na Internet, a zorganizovali tak projekt SETI@Home, který si dal za cíl tento nápad prozkoumat. Tito dva počítačoví vědci ze Seattlu přišli s geniálním řešením pomocí již zmiňovaných distribuovaných výpočtů. Namísto jednoho drahého superpočítače, který by běžel dlouhou dobu, chtěli využít tisíce běžných počítačů, které by pracovaly jen krátký časový úsek. Jejich představou bylo využít obrovské popularity projektů SETI mezi širokou veřejností. Lidé po celém světě by pak měli možnost stáhnout si prostřednictvím sítě Internet analyzující program na své osobní počítače, přičemž program by po instalaci a následném spuštění nikterak nezasahoval do běžné práce a běžel by pouze po určitý čas. Jakmile by přijatá data byla zpracována, program by je odeslal zpátky na centrální server a stáhl by si další data ke zpracování. Trvalo ovšem téměř 5 let než se za pomoci Planetární společnosti podařilo tuto geniální myšlenku uvést do praxe.

V roce 1996 sestavili David Gedye s Craigem Kasnoffem svůj vlastní počítačový projektový tým a představili vědecký plán, který byl přijat akademickou obcí na 5. mezinárodní konferenci bioastronomie v červenci 1996 v italském Capri. V následujícím roce 1997 projektový tým dokončil prototypy klientského a serverového software a kódu analyzujícího přijatá data. Rok 1998 byl prakticky celý věnován otestování a důkladnému ověření funkčnosti celého systému. Na jaře 1998 se Planetární Společnost stala hlavním finančním sponzorem projektu SETI@Home, který již byl pod vedením Davida Andersona (na fotce) a Dana Werthimera.

Začátkem září 1998 začal pracovat systém přijímající, ukládající a distribuující data a byla také dokončena finální verze klientského software, která již mohla být nasazena k veřejnému použití. Počátkem roku 1999, zhruba do dubna, byla otestována a odladěna finální verze klientského software a ke spuštění byly připraveny i internetové stránky projektu. Ke spuštění projektu SETI@Home došlo přesně 17. května 1999 a tento den se zapsal do historie SETI zlatým písmem. Během pár měsíců se do projektu zapojily statisíce lidí po celém světě a již v srpnu roku 1999, tedy po pouhých 3 měsících fungování, projekt SETI@Home měl přes 1 milión uživatelů. Počátky byly sice trošku krkolomné, protože datové servery nestíhaly reagovat na takové množství požadavků, ale postupem času a za velkého úsilí se podařilo většinu technických problémů odstranit.

Po roce fungování projekt SETI@Home pokořil další metu, kterou byl celkový počet dva milióny uživatelů, z čehož aktivních jich bylo přibližně půl miliónu. Mezi aktivní uživatele se počítali účastníci, kteří za poslední měsíc odeslali alespoň 1 zpracovaný datový balíček. Začal náročný úkol třídění více než 1.4 biliónu potenciálních signálů z databáze, eliminace veškerého rádiového rušení, vyhledávání chyb při zpracování a nalezení opakujících se signálů. Projekt se dále rozšiřoval na základě vzrůstajícího zájmu po celém světě. Do původního projektu SETI@Home, označovaného nyní jako Classic, se zapojilo více než 5 milionů uživatelů ze všech možných koutů celého světa.