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01.04.2020

News

Coronavirus: Rechen-Power des HPI hilft bei Impfstoff-Suche

Nach einem Corona-Impfstoff wird jetzt auch mit geballter Rechenkraft des Hasso-Plattner-Instituts geforscht: Dessen Spitzenforschungslabor, Future SOC Lab,  in Potsdam spendet der US-Forschungsinitiative „Folding@Home“ Leistung seiner Hochleistungsserver – wie bisher schon einzelne Onlinespiele-Liebhaber („Gamer“) mit ihren starken Computern.

HPI Future SOC Lab
Das HPI Spitzenforschungslabor Future SOC Lab (Bild: HPI/K. Herschelmann)

Die von Forschern der Stanford University im kalifornischen Silicon Valley koordinierte Initiative versucht, mit verteilter Rechenkapazität schnell die räumliche Bewegung und Faltung solcher Proteine zu simulieren, die für die Entwicklung von Impfstoffen eine wichtige Rolle spielen könnten.

Potsdamer Rechen-„Power“ für den guten Zweck

Den Biomediziner-Kollegen will nun das HPI-Spitzenforschungslabor Future SOC Lab starke zusätzliche Unterstützung geben. SOC ist die Abkürzung für Service Oriented Computing, auf das die Forscher am Hasso-Plattner-Institut spezialisiert sind. Dabei geht es, vereinfacht gesagt, um die Erstellung von Softwareeinheiten, die über ein Netzwerk verteilt werden können, um Geschäftsprozesse und Geschäftsanwendungen zu erstellen.

Das Potsdamer Labor will mit seiner Unterstützungsaktion unter dem Namen „Folding@FutureSOCLab“ dazu beitragen, „dass die Biologie der Coronavirus-Proteine besser verstanden wird und die Entwicklung von Impfstoffen und Therapeutika einen gehörigen Schub bekommt“, so HPI-Direktor Prof. Christoph Meinel. Auch der Grafikchipproduzent Nvidia hatte bereits seine Kundschaft zum Mitmachen aufgefordert.

Mehr als 1.000 mathematische Operationen pro Sekunde

Dessen spezialisierte, extrem leistungsfähige Grafikprozessoren stecken auch in der besonders leistungsfähigen IT-Infrastruktur des HPI-Spitzenforschungslabors, das viele Rechenkerne, hohe Arbeitsspeicherkapazität und großes Festplattenspeicher-Volumen aufweist. Für Aufgaben im Bereich des Deep Learning bietet das Potsdamer Lab etwa mehr als 1.000 TeraFLOPS und eine im Vergleich zu üblichen CPUs bis zu dreifache Beschleunigung des Trainings an. Die Einheit TeraFLOP gibt an, wie viele mathematische Gleitkomma-Operationen ein Computer pro Sekunde erledigen kann.

Dieser Infrastruktur kommt bei der anstehenden Aufgabe besondere Bedeutung zu, weil ihr viele Vorgänge gleichzeitig bearbeitender Prozessor besonders gut Simulationsberechnungen durchzuführen vermag. Dies alles wird nun Berechnungen beschleunigen, mit denen die Forscher der Stanford University in Kalifornien herausfinden wollen, wie sich die Proteine der Coronaviren bei der Unterdrückung des Immunsystems und der eigenen Vermehrung verhalten.

Wie unterdrücken Coronavirus-Proteine das Immunsystem?

Im Kern geht es darum, wie sich die Proteine, also lineare molekulare Ketten von Aminosäuren, zu kompakten funktionellen Strukturen „falten“. Die Art und Weise, in der die winzigen Komponenten eines Coronavirus-Proteins angeordnet sind und sich als Atome bewegen, bestimmt ihre Funktion.

Bisherige Experimente zur Bestimmung von Protein-Strukturen waren zwar sehr erfolgreich, lieferten jeweils aber nur eine Momentaufnahme von der normalen Form einer solchen Aminosäuren-Kette. „Doch mit der gewaltigen Rechenkraft des Future SOC Labs wollen wir unseren Kollegen in Stanford nun helfen zu analysieren, wie sich die vielen beweglichen Teile der Proteine im Zeitverlauf zueinander verhalten. Das könnte den Schlüssel für die Entwicklung eines Coronavirus-Medikaments liefern, das zielgerichtet auf eine entscheidende Stelle dieses Prozesses einwirkt“, hofft Meinel. Bereits beim Ebola-Virus sei dies den Kollegen aus Stanford gelungen.

HPI stellt Labor seit 10 Jahren für verteiltes Rechnen bereit

Die Bereitstellung ihres Spitzenforschungslabors steuern die Potsdamer Informatikwissenschaftler vom heimischen Computer aus. Für sie und Kolleginnen und Kollegen aus aller Welt ist das nicht erst seit der Corona-Krise gängige Praxis: Seit mittlerweile zehn Jahren wird das Potsdamer Future SOC Lab intensiv aus der Ferne genutzt. Permanent herrscht hier Hochbetrieb: An über 560 wissenschaftlichen Projekten aus 29 Ländern wurde bislang verteilt gearbeitet und gerechnet.