МОСКВА, Айдахо - Картирование генома человека - это верхушка айсберга биологической информационной революции.
Ученые-компьютерщики и математики из Университета Айдахо присоединяются к биологам, чтобы исследовать новые способы интерпретации сложной генетической информации, описывающей все живые существа и их взаимоотношения.
Попутно учащиеся UI, вернувшиеся в школу этой осенью, найдут новый курс, который мало кто из школ может предложить: создание нового суперкомпьютера.
Грант Национального научного фонда в размере 500 000 долларов США позволит Джеймсу А. Фостеру, адъюнкт-профессору компьютерных наук, и группе коллег-ученых наращивать опыт университета в области биоинформатики.
Сетевой суперкомпьютер, известный как кластерный компьютер Beowulf, будет создан с помощью класса пользовательского интерфейса, который ведет Роберт Хекендорн, доцент кафедры компьютерных наук. Он предоставит ученым московского кампуса высокопроизводительные вычисления.
Грант NSF Фостера следует за стипендией Национального института здравоохранения в размере 90 000 долларов США, которую он выиграл в прошлом году. Благодаря гранту Национального института здравоохранения Фостер работал с Холли Вичман, профессором зоологии UI, чтобы понять эволюционную биологию. Он надеется применить ее правила к компьютерным наукам, особенно к генетическому программированию.
Фостер и Вичман являются членами-основателями Инициативы пользовательского интерфейса по биоинформатике и эволюционным исследованиям. Грант также поддержит семинар для студентов старших курсов и аспирантов по биоинформатике, новой науке.
Соратниками инициативной группы являются Пол Джойс и Стив Кроун, профессора математики UI. Недавно они выиграли грант Национального научного фонда в размере 166 000 долларов на изучение методов отслеживания влияния отбора и других факторов на популяции.
Суперкомпьютер Фостера на самом деле будет вторым, принадлежащим UI. Первым пользуется зоолог Джек Салливан, изучающий популяционную генетику. Эта машина, которая была профинансирована за счет гранта Национального научного фонда, находится в Смитсоновском институте. Дэйв Суоффорд, его партнер по филогенетическому исследованию, которое является основой для гранта, базируется там.
По словам Салливана, Swofford является ведущим разработчиком программного обеспечения для изучения филогенетики или эволюционных взаимоотношений и нуждалась в высокоскоростном соединении с суперкомпьютером. Вот почему оборудование размещается и управляется в Смитсоновском институте в Вашингтоне.
Новый суперкомпьютер и грант обеспечат мощные вычислительные ресурсы для поддержки исследований университета в области биоинформатики и эволюционных исследований, сказал он.
Экологи и эпидемиологи используют математические модели для отслеживания взаимоотношений между популяциями растений и животных, включая болезнетворные организмы. Цель состоит в том, чтобы отсортировать сложную или неоднородную информацию, чтобы понять связи между отдельными людьми и группами.
Примеры варьируются от эволюции и распространения инфекционных заболеваний до вторжений экзотических видов, таких как сорняки, отметили Крон и Джойс.
«Исходя из генетических моделей, мы хотим посмотреть, как определенные характеристики передаются по наследству и меняются со временем», - сказал Кроне. Один из способов приблизиться к этому - «оглянуться назад во времени», чтобы увидеть, как родственные связи и мутации предков вызывают генетические характеристики, наблюдаемые в современных популяциях. Этот ретроспективный подход называется теорией слияния.
Разнообразие - это один общий вопрос, который лежит в основе многих вещей. Рассмотрение теории слияния - это один из способов подсчитать количество разнообразия в популяции. Мы хотим придумать модели для описания и объяснения определенных явлений, которые мы наблюдаем в природе», - сказал Кроне.
Джойс и Кроун интересуются вероятностными и статистическими моделями, которые можно использовать для отслеживания таких взаимосвязей. Использование математических методов для отслеживания генов при учете естественного отбора и других сил сложно и чревато случайностью.
Та же самые виды сложности и случайности, которые являются частью биологической эволюции, также влияют на компьютерные программы, которыми интересуется Фостер. «Они достаточно абстрактны, чтобы мы могли использовать их для нашей работы по созданию программного обеспечения, которое может приспосабливаться к новым условиям. или даже починить себя, - сказал он.
-30-
SIDEBAR: Учащиеся получают практический опыт создания суперкомпьютера в классе пользовательского интерфейса
МОСКВА, Айдахо. Эпоха высокопроизводительных вычислений, когда-то символизируемая суперкомпьютерами стоимостью в миллионы долларов за единицу, может быть ближе к дому, чем мы думаем, говорит ученый-компьютерщик из Университета Айдахо.
Роберт Хекендорн, доцент кафедры компьютерных наук, будет наблюдать за студентами, зачисленными в учебный класс, который этой осенью спроектирует и соберет кластерный компьютер Beowulf. Новый суперкомпьютер относится к классу недорогих высокопроизводительных компьютеров, построенных из готовых компонентов.
«Вероятно, мы не узнаем их, когда они начнут использоваться», - сказал Хекендорн. Дома могут быть оснащены версиями для индивидуальной настройки систем отопления или охлаждения, освещения и бытовой техники.
Но до тех пор новая система, которую класс поможет спроектировать и построить, напоминает первые дни домашних компьютеров, когда любители работали в своих подвалах или гаражах, чтобы собрать свои собственные компьютеры. «Это похоже на сборку хот-рода», - сказал он.
Студенты будут работать с бюджетом в $44 000, разрабатывая спецификации для оборудования и рекомендуя программное и аппаратное обеспечение для суперкомпьютера.
Бюджет поступает из гранта Национального научного фонда в размере 500 000 долларов США, выигранного Джеймсом А. Фостером, адъюнкт-профессором компьютерных наук UI, и группой исследователей UI для расширения опыта университета в области биоинформатики.
Учащиеся составят предложение всем классом и дадут рекомендацию о дальнейших действиях. Окончательное решение приму я, но я не хочу направлять учащихся, говоря об этом прямо сейчас. У меня есть представление о том, в каком направлении мы пойдем, но я могу ошибаться, - сказал он.
Студенты будут работать над каждым этапом проекта, от определения требований, которым должен соответствовать суперкомпьютер, до покупки, сборки, выбора программного обеспечения и установки. «Они вовлечены в процесс от начала до конца. Это должно стать для них отличным опытом», - добавил Хекендорн.
Кластерные компьютеры Beowulf в наши дни пользуются большой популярностью среди высокопроизводительных вычислений. Кластеры компьютерной обработки и чипы памяти, составляющие их сердцевину, могут быть относительно дешево собраны из простых компонентов. Готовые компьютеры, созданные для потребительского рынка, могут справиться с этой задачей.
«Это массовые вычисления. Если вы можете купить обычные компьютеры и правильно соединить их с нужными компонентами, вы можете получить суперкомпьютерную мощность», - сказал он. Хотя специализированные суперкомпьютеры стоимостью в несколько миллионов долларов по-прежнему доминируют на рынке высокого класса, суперкомпьютеры типа «Беовульф» набирают силу.
В классе уже есть опытный специалист: Эндрю Шьюмейкер, старший преподаватель пользовательского интерфейса из Кимберли, штат Айдахо, изучает информатику. «Насколько я знаю, он единственный в классе, кто работал с ним, - сказал Хекендорн.
Шьюмейкер узнал о суперкомпьютерах Beowulf во время стажировки в Национальной инженерно-экологической лаборатории Айдахо в течение последних трех лет. «За последние два года они построили два «Беовульфа», - сказал он.
Шьюмейкер сказал, что, хотя он и не участвовал в создании кластеров, «я помогал их администрировать и использовать».
«Я очень взволнован этим проектом», - сказал Шьюмейкер. «Я заинтересован в создании Беовульфа, потому что я прочитал тонны информации об этом в Интернете и в книгах, но мне еще предстоит применить то, что я прочитал».