Verteiltes Rechnen: Privat-PCs sollen der Krebsforschung helfen

Mit einem Programm zur Nutzung der freien Rechenkapazität privater PCs als verteilter Superrechner möchte Intel der Krebsforschung helfen. Ähnlich wie beim bekannten SETI@home-Projekt der Universität Berkeley können bei Intels Philanthropic-Peer-to-Peer-Programm alle interessierten Windows-PC-Besitzer teilnehmen, die einen Internet-Anschluss besitzen. Man muss dazu ein rund 1,9 MByte großes Programm von der entsprechenden Intel-Webseite herunterladen und installieren. Die Software nutzt im Hintergrund einen gewissen Teil der PC-Rechenleistung zur Bearbeitung eines Teilproblems. Diese jeweilige Aufgabe erhält das Programm per Internet, die erarbeitete Lösung schickt es ebenfalls bei der nächsten Internet-Verbindung an den Intel-Server zurück.

Laut Intel soll der so entstehende weltweit verteilte Rechner eine Leistung von mehr als 50 Teraflops erreichen – mehr als bisher bekannte Superrechner. Das erste Projekt hat die Entwicklung eines Medikamentes gegen Leukämie am Chemie-Institut der Universität Oxford zum Ziel. Die Software hat das texanische Unternehmen United Devices entwickelt; dort ist David Anderson tätig, der zuvor das SETI@home-Projekt an der Uni Berkeley leitete.

Die Software, ein Screensaver, soll Millionen von Home-PCs überall auf der Welt erreichen und so die Erforschung neuer Krebsmedikamente um Jahre beschleunigen. "Rechenarbeit, die über das Internet verteilt wird, gibt Wissenschaftlern und Organisationen die Möglichkeit Projekte durchzuführen, die sonst aus Zeit- und Kostengründen nicht realisierbar gewesen wären" erklärt Ed Hubbard, CEO von United Devices.

Ist der Screensaver erst einmal aus dem Internet heruntergeladen und auf dem PC installiert, dann nutzt das Programm die ungenutzte Rechenleistung in Arbeitspausen, um Moleküle einem Screening auf mögliche anti-kanzerogene Wirkung zu unterziehen. Studien haben gezeigt, dass der normale PC-Anwender nur 20 Prozent der Rechenleistung seines Computers ausnutzt. Geht man davon aus, dass sich die gleiche Anzahl von Anwendern den Screensaver aus dem Internet herunterlädt, wie dies beim Seti@home-Projekt der Fall war (hier waren es 2 Millionen mit insgesamt 350.000 Jahren Rechenzeit), dann könnte dieser "virtuelle Supercomputer" theoretisch 250 Millionen Chemikalien analysieren. Das Screening auf einem herkömmlichen PC durchzuführen würde Jahrzehnte dauern.

Zu Beginn erhält jeder Anwender, der das Programm auf seinem Rechner installiert, 100 Moleküle über das Internet zugeschickt, zusammen mit einem Medikamenten-Design-Programm mit Namen Think und einem Protein-Modell, von dem bekannt ist, das es an der Entstehung von Krebs beteiligt ist. Think untersucht dabei die Moleküle auf ihr anti-kanzerogenes Potenzial, indem es dreidimensionale Computermodelle der Moleküle erstellt und die Interaktionen mit dem Protein austestet. Interagiert ein Molekül positiv mit dem Protein, dann registriert das Programm diesen Treffer und wird für die weitere Erforschung per Internet zurück an einen zentralen Server geschickt. In der ersten Phase suchen die Forscher zunächst nach Molekülen, die die Bildung jener Enzyme unterdrücken könnten, die das Wachstum neuer Blutbahnen zu Tumoren anregen, und die gegen jene Proteine wirken, die für das Zellwachstum und Zellschäden verantwortlich sind. Nach und Nach sollen aber neue Untersuchungen dem Projekt hinzugefügt werden.

"Die Leute haben jetzt die Möglichkeit, selbst einen positiven Einfluss auf die Erforschung der Krankheit einzubringen, indem sie einen Teil ihrer Rechenleistung zur Verfügung stellen und uns dadurch in die Lage versetzen, die Forschung zu beschleunigen und uns mit vielen neuen Alternativen zu beschäftigen, die schließlich einmal zu wirkungsvollen Medikamenten werden könnten", stellt Professor Graham Richards von der Oxford University die sozialen und gesellschaftlichen Aspekte des Projektes heraus. Die Forscher erwarten, dass rund 100.000 Moleküle das Potenzial haben, Krebs zu bekämpfen.

Neben solchen rein idealistischen Projekten machen sich aber auch immer mehr Unternehmen das Prinzip zu Nutze und bezahlen ihre Teilnehmer dafür – wenn auch meist nicht mehr als die anfallenden Telefongebühren für den Internet-Zugang. So arbeitet beispielsweise die in Virginia ansässige Pharmafirma Parabon zusammen mit dem nationalen US-Krebsforschungsinstitut an einem Projekt, das simulieren soll, wie Krebszellen auf verschiedene Medikamente reagieren. Nur die Medikamente, die erfolgreich den Test absolvieren, werden dann später auch tatsächlich an Patienten getestet. Das spart dem Unternehmen nicht nur Zeit, sondern auch Geld. Als nächstes will Parabon neue Wege suchen, um die unangenehmen Nebenwirkungen von Chemotherapien zu reduzieren.

Der Screensaver der Firma Popular Power dagegen testet aus, wie verschiedene Anti-Grippemittel gegen auf das Influenza-Virus wirken und wie sich die Wirkung verbessern lässt. Und die Firma Distributed Science verkauft die Rechenpower ihres Stamms an Anwendern an interessierte Unternehmen, die eine solche Rechenleistung benötigen. Interessierte Unternehmen sind beispielsweise Filmstudios, die vom Computer errechnete Bildsequenzen verwenden, wie sie in animierten Trickfilmen wie Toy Story oder Ants vorkommen, und deren Berechnung sehr lange Zeit in Anspruch nimmt. "Unser Netzwerk hat dabei eine Rechenleistung, wie drei ASCI White" erklärt Jim Albea, Gründen von Distributed Science, nicht ohne Stolz. ASCI White, der weltweit leistungsstärkste Computer von IBM, benutzt mehr als 8.000 Prozessoren und kann 12 Milliarden Rechenoperationen in der Sekunde durchführen.

Aktuelles Projekt von Distributed Science ist eine Studie über die optimale Lagerung von nuklearem Müll. Dabei simuliert der Screensaver, mit welcher Intensität die Gamma-Strahlung durch die Aufbewahrungsbehälter austritt, je nach verwendetem Material. Im Gegensatz zu der Methode, die das Seti@home-Projekt verwendet, laden die Teilnehmer bei den kommerziellen Anbietern die Daten jedoch nicht nur einfach herunter, analysieren sie und schicken sie wieder an den Server zurück. Stattdessen werden signifikante Ergebnisse unter den Teilnehmern gleich weitergeleitet, was die Forschungszeit noch weiter verkürzt. (Andreas Grote) / (ciw)