本帖最后由 xdd6622 于 2011-3-11 23:24 编辑
3 CUDA在医学研究中的应用
Folding@home是一个研究研究蛋白质折叠，误折，聚合及由此引起的相关疾病的分布式计算工程。我们使用联网式的计算方式和大量的分布式计算能力来模拟蛋白质折叠的过程，并指引我们近期对由折叠引起的疾病的一系列研究。
什么是蛋白质？它们是怎么折叠的呢？
蛋白质是一个生物体系的网络基础，它们是一个个纳米级计算机。在蛋白质实现它的生物功能之前，它们会把自己装配起来，或者说是折叠；虽然蛋白质折叠对所
有的生物来说是最基本的和最明确的事实，但它的折叠过程对人类而言仍然是个未解之谜。此外，当蛋白质没有正确的折叠（误折）无疑会产生严重的后果，包括许多知名的疾病，比方阿兹海默症(Alzheimer's)，疯牛病(Mad Cow, BSE)，可传播性海绵状脑病(CJD)，肌萎缩性脊髓侧索硬化症(ALS)，还有帕金森氏症(Parkinson's)。
目前进行中的研究： 阿兹海默症 癌症 亨廷顿病 成骨不全症 帕金森氏症 核糖体与抗生素 Folding@home 科学
什么是蛋白质? 蛋白质是由氨基酸分子形成的长链。蛋白质是生物生存的基本条件。作为酶, 他们是所有生物化学反应的驱动力。作为结构的基本成分,它们是我们的骨骼、肌肉、头发、皮肤和血管的主要组成部分。作为抗体，它们可以识别入侵物体，使免疫系统工作从而清除这些物体。因此, 科学家对人类的基因组进行排序——生物圈蛋白质蓝图——但我们怎样可以了解这些蛋白质做了些什么？它们又是怎么运作的? 关系到人的染色体项目 蛋白质在生物学中充当如此重要的（原文为根本性）角色, 科学家开始对人类的基因组开始排序。基因组实际上是一张跟蛋白质有关的“蓝图”——基因组包含遗传密码（DNA Code），这些密码决定着氨基酸串成蛋白质长链的顺序。 蛋白质为什么“折叠”? 但是, 仅仅了解基因组序列并不能使我们充分了解蛋白质的工作，更无法了解它是如何工作的。为了发挥它的功能作用（比方作为酶和抗体），他们必须具有非常特定的形状, 亦称“折叠（Fold）”。蛋白质犹如一台令人惊奇的机器: 在他们进行工作之前, 他们自己组装自己! 这种自我装配被称为“折叠（Folding）”。 我们项目的目标之一是模仿蛋白质折叠，从而了解蛋白质是如何那么迅速可靠地折叠的，并了解如何使用这些蛋白质的属性来制造高分子聚合物。 蛋白质折叠和相关疾病: 疯牛病、阿兹海默氏症 如果蛋白质没有正确地折叠将发生什么？比方阿兹海默氏症(Alzheimer's)、囊肿纤维化（Cystic fibrosis）、疯牛病(Mad Cow, BSE), 一种遗传的肺气肿, 甚至许多癌症的起因都是蛋白质的非正常折叠。 当蛋白质非正常折叠，可能凝聚起来(“集合体”) 。这些凝聚物可能经常聚集在脑子里，这就是现在通常认为导致阿兹海默氏症和疯牛病的病因。 蛋白质折叠和纳米技术:建造纳米级的仪器！ 除生物医学的应用之外，了解蛋白质的折叠同时也将教会我们应该如何设计我们自己的、像蛋白质大小的“纳米仪器”进行相似的工作。当然，在纳米仪器可能执行任何任务前，他们也必须进行组装。
为什么蛋白质折叠那么难搞清? 最令人惊讶的不仅是蛋白质本身能够自我组装—— 折叠，而且是它们自我组装的速度是如此之快:一些蛋白质能够在百万分之一秒之内完成自我折叠。虽然这个时间在人的时间表中是非常快的，但是用计算机进行模拟，这个时间就显得相当长了。实际上，计算机模拟1纳秒（1/1,000,000,000秒）需要花费大约一天的时间。不幸的是，蛋白质折叠是以数十毫秒（10000纳秒）作为时间表的。这样，这将需要10000台计算机花费数天的时间来模仿折叠。——例如，这将需要30台计算机花费数年的时间。这样等一个结果出来需要的时间太多。
一种解答: 分布动力学 要解决蛋白质折叠的问题，我们需要冲破微秒障碍。我们的小组开发了一种新的模仿蛋白质折叠的方式——一种“将工作单元分解成多个部分，使用多台处理器来模拟”的办法来冲破毫秒障碍。因而，有1000个处理器, 我们就能冲破微秒障碍从而帮助了解蛋白质是如何折叠的奥秘。
我们到目前为止做了什么？我们将做什么？ Folding@home 1.0是成功的。在从2000年10月到2001年10月的一年内，我们已经使用了我们实验性检验的方法折叠了一些小且快速被折叠的蛋白质。我们现在正在进一步开发我们的方法，并推广到模仿折叠一些更加复杂、更加有趣的蛋白质和“蛋白质正常折叠与非正常折叠”的问题。您能从我们的结果页上了解更多。
运作方式 Folding@home并不依靠强大的超级电脑进行计算，反而主要的贡献者是成千上万的个人电脑。每部参与的电脑都安装了一个在背景执行的客户端程序，在系统不忙碌的时候调用中央处理器执行模拟工作。现时世界上绝大部分的个人电脑，在一般的情况下都很少用尽本身的计算能力。Folding@home就是使用这些本来都浪费了的运算力量。 Folding@Home的客户端会定时连接设于史丹佛大学的服务器去取得“工作单元”（work units），即一种存有实验资料的数据包，根据实验资料进行计算。每个工作单元计算完成后，再传回服务器。
分析软件 Folding@home的用户端利用了经修改的TINKER、GROMACS、AMBER及CPMD这四款分子模拟程式进行运算，并会在许可的情况下作出优化，以把运算速度加快。这四款模拟程式也被修改成多个不同版本，供多款作业平台使用，每款程式的变体会以编号“Core xx”作分类。 Folding@home Console version是Folding@home的命令行界面版本接口版本，由史丹佛大学化学系的潘德小组（Pande Group）主持，于2000年10月1日正式启动，可精确地模拟蛋白质折叠和错误折叠的过程，以便能更好地了解多种疾病的起因和发展，Folding@home目前是世界上最大的分布式计算计划。
下面实战一下Folding@home for NVIDIA：
运行Folding@home for NVIDIA程序后，进入设置页面，填上你的个人用户名，组号填上3213就是中国组：
再按图示设置后，程序将自动运行，显卡温度很快就到了67°：
这是打开Folding@home 运行显示后的截图，CPU占有率一下就到了77%，所以最好不要打开显示：
想看看你有什么贡献吗？打开个人统计资料就可看到：
怎么样？当你的电脑仅仅是在上网或玩QQ游戏时，有没有考虑也加入到这一伟大的项目中？特别是当你有一块支持CUDA架构的NVIDIA显卡时，可以让你在不知不觉中进行史上最艰巨的医学研究，荣幸吧？还不赶快行动起来！ | 
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