Zvětšit obrázek

Statistika rozložení poskytovaného výkonu mezi jednotlivé BOINC projekty v ČR.

LHC (Large Hadron Collider) je největším vědeckým přístrojem na světě. O tom, jak vypadá a jaké jsou jeho základní parametry, jste se již mohli dočíst podrobně ve článku „Proč urychlovač LHC a jeho experimenty vypadají tak, jak vypadají“.  

 

Logo – BOINC : Oficiální logo BOINC

Rovněž o jednotlivých experimentech a očekávaných výsledcích již vyšel velice dobře zpracovaný článek „Vpuštění prvních protonů do největšího urychlovače na světě je za dveřmi“.  Nedávno dokonce vyšel článek s podrobným rozborem možných smyšlenek a bulvárních kachen které se v souvislosti s přípravou spuštění LHC vyrojily v tisku a uvádí věci na pravou míru „Ohrožuje spuštění LHC naši existenci?“
O tom všem již jste jistě četli nejen u nás, ale i na jiných místech. Málokdo ovšem ví, že při jeho plánování a realizaci pomáhali desetitisíce běžných lidí a více než 1500 jich bylo z naší země. Celý tento kolos totiž vděčí za svůj zrod, precizní nastavení a teoretické simulace oběhu částic nutných pro bezproblémový provoz i zcela obyčejným lidem.
Chcete se podílet i vy na podobném výzkumu? Nemáte patřičné vzdělání a vědomosti, ale rádi byste pomohli užitečné věci? Pokud nejste studovanými vědci, odborníky 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 i takoví lidé dnes velkou mírou pomáhají v různých oblastech moderní vědy.

I obyčejní lidé pomáhali stavět LHC doma, na svých počítačích
Zdá se to jako neuvěřitelné, ale pokud ve vás dřímá jen nepatrný zájem o vědu, či prostě jen chcete pomoci ve výzkumu některé z oblastí vědy, stačí vám k tomu obyčejný domácí počítač, notebook, či třeba herní konzole PS3 a občasné připojení k internetu. Výzkum který bychom vám chtěli tímto článkem představit je zaměřený pro všechny lidem, kteří chtějí na dálku vědcům pomoci a nazývá se distribuované výpočty. Existuje mnoho samostatných projektů, ovšem zároveň máte možnost se zapojit do systému pod kterým jich jsou již zapojené desítky a tím je BOINC (Berkeley Open Infrastructure for Network Computing).

Zvětšit obrázek

Obrázek z grafického výstupu projektu Climate.

Tyto výpočty probíhají jednoduchým způsobem. Stáhnete si program BOINC Manager, nainstalujete si jej do počítače připojíte se do libovolného projektu, či si jich rovnou vyberete více a to je prakticky vše.

Zvětšit obrázek

Obrázek z grafického výstupu projektu Einstein.

Jelikož většina počítačů na světě svůj plný výpočetní potenciál využívá jen velice malou část své provozní doby, ale jejich spotřeba je prakticky stejná jako by byly vytíženy naplno, je obrovská škoda tohoto lenošení počítače nevyužít a málokdo si uvědomuje, kolik takového nevyužitého výkonu na světě vlastně je. Princip projektů BOINC (Berkeley Open Infrastructure for Network Computing) je zcela jednoduchý a jeho bezproblémová funkčnost je léty ověřena. Stačí mít alespoň občas z konkrétního počítače přístup na internet a po instalaci se řídit už jen pokyny, či některým z mnoha podrobných návodů např. na stránkách „Českého národního týmu“ CzechNationalTeam .  Na těchto stránkách naleznete i podrobný popis jednotlivých projektů a spoustu užitečných informací. Program vás provede připojením k projektu, zaregistrujete se a o vše ostatní se již stará sám, prakticky bez nutnosti údržby a zcela bezpečně pro váš počítač.

Po nainstalování je programu automaticky systémem přidělena nejnižší priorita. Jinými slovy, jakýkoliv běžný program má na vašem počítači přednost před BOINC a aplikacemi jeho projektů. V praxi to funguje tak, že při práci na vašem počítači vůbec nepoznáte že na něm BOINC je nainstalován a pracuje. Jediný rozdíl tedy bude v tom, že procesor bude vytížen na 100% . Klient využívá pouze zbytkový výpočetní prostor a maximálně pružně ustupuje programům, které používáte, takže vaše práce není vůbec zpomalována. Pokud například spustíte nějakou hru, či zpracování videa, které váš procesor využijí na 100%, výpočty BOINC se zastaví a budou automaticky pokračovat, až bude mít opět k dispozici alespoň nějaké procento výkonu CPU, které bude nevyužito.

Jediné, na co je třeba si dát trochu pozor, je vhodný výběr projektu vzhledem na množství operační paměti vašeho počítače. Stačí se ale podívat do tabulky náročnosti jednotlivých projektů a vybrat si ten správný. Některým projektům stačí pouze 10MB, některým vyhovuje 100 a více.

Zvětšit obrázek

Obrázek z grafického výstupu jednoho z projektů World Community grid.

Jak projekty na BOINC pracují?
Nejjednodušším příkladem může být například zrovna práce na simulacích oběhu částic při plánování a stavbě urychlovače LHC.

Zvětšit obrázek

Logo Czech National Teamu

Po připojení k projektu LHC@Home si program BOINC Manager sám už stáhl ze serveru vše potřebné i nějaká ta data na zpracování, pokud byla k dispozici. Každá výpočetní jednotky obsahuje simulaci v podobě 60 částic najednou, jak cestují kolem prstence urychlovače LHC po 1.000.000 oběhů. To může znít jako hodně, ale je to méně než 10s ve skutečném světě. Na druhou stranu je to dostatečné množství na to, aby test prokázal, zda paprsek má stálou oběžnou dráhu pro další, mnohem delší čas oběhu, nebo hrozí ztráta kontroly a odchýlení kurzu do stěn LHC. To by znamenalo velmi vážný problém, který by mohl mít za následek zastavení stroje, případně dočasné ohrožení jeho provozu a tím výpadek celého projektu na několik měsíců. Opakováním tisíců takových výpočtů pro nejrůznější podmínky bylo možné nastavit parametry, za kterých bude paprsek stabilní. Na základě těchto výpočtů docházelo k postupnému usazování a kalibrování každého z téměř 1300 gigantických magnetů. Od roku 2004 a zvláště v roce 2005 byl projekt na BOINC velice aktivní a spousta výsledků z projektu LHC@Home byla použita při stavbě urychlovače, následně již docházelo jen k občasnému uvolňování dat pro zpracování. Zvláštní význam měla právě data z křížení paprsků, které určila, jak a kde se dva protony srazí uvnitř urychlovače LHC. Výsledky z těchto studií byly prezentovány také na evropské konferenci o částicových urychlovačích v Edinburgu.
Na stavbě urychlovače se takto podílelo celkem 53 703 lidí na světě, z toho 1 658 Čechů.

Všeobecně o BOINC
Stručně řečeno, existují desítky různých vědeckých projektů, které prostřednictvím BOINC distribuují svá data pro zpracování na běžné počítače a některé jsou na tomto distribuovaném výkonu dokonce závislé. Na BOINC platí do písmene pořekadlo „Nemusí pršet, stačí když kape“ a zde kape z miliónů obyčejných počítačů na světě takový výkon, který je srovnatelný s nejvýkonnějšími superpočítači světa. Na těchto superpočítačích je ale v dnešní době jednak obrovská fronta zájemců o zpracování dat a na druhou stranu to stojí obrovské peníze.
Na jednom vašem počítači můžete být zapojeni do libovolného projektu (nebo zároveň i vícero projektů) a že je opravdu z čeho vybírat. V systému naleznete projekty zaměřené na výzkum vesmíru, klimatu, počasí, seismické činnosti, hledání léků na zákeřné nemoci či matematické výpočty.  Dále jsou tu projekty, které zkoumají nové technologie jako nanovlákna, termojadernou fůzi, auta na vodík či umělou inteligenci. Najdete zde i některé hodně zajímavé projekty jako je hledání mimozemských civilizací (bylo představeno například ve článku „Hledání mimozemšťanů“ ), dekódování zašifrovaných zpráv z 2 světové války, nebo různé herní variace. Nabídka je opravdu široká a kdo chce tímto způsobem v jakémkoliv odvětví pomoci, má bezesporu nemalý výběr.

Zvětšit obrázek

Kdokoliv si může vytvořit svůj vlastní vzhled BOINC mangarera. Na snímku je skin Českého národního týmu.

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 samy odešlou data zpět do centra projektu a tam dojde ke spojení výsledků opět do jednoho celku.

Zvětšit obrázek

Prozatímní mapa asteroidů, jejichž oběžné dráhy zkoumá projekt Orbit@Home.

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 někdy i několik 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 superpočítači jménem BOINC. Nemusíte jej zapínat nijak častěji než při běžném používání, ale při brouzdání na internetu či jiné činnosti může zároveň pomáhat vědcům v jejich výzkumech.

Proč se do výpočtů zapojit ?
Motivace počtářů je různá. Tím hlavním proč se lidé zapojují do výpočtů bývá snaha pomoci výzkumu v oblastech biologie, tady boje se zákeřnými onemocněními jako je AIDS, různé rakoviny, tuberkulóza, malárie a mnohé další, jelikož jsou to výzkumy které mohou v budoucnu zachránit život jim, či někoho z blízkých. Dalším motivací bývá osobní zájem o daný vědecký obor, matematickou otázku, víra v existenci mimozemských civilizací, snaha odhalit vývoj klimatu Země na několik dalších desetiletí, alternativní zdroje energie či pohonných hmot atd. Lidé si vybírají ze článků právě ty které se týkají daného tématu, čtou aktuální informace, mohou se zapojit do diskusí na českých či mezinárodních fórech a pokud něco zajímavého zjistí, mohou se o tyto informace s ostatními podělit. Toto samostudium a debaty na laické úrovni je něco, k čemu se mnoho lidí ve skrytu duše chce dostat a BOINC je systém, který jim to umožňuje. Každý počtář si má také možnost vytvořit svůj vlastní profil na projektu i s fotkou a případně odkazem na své stránky, kde může představit jak sebe, svoje zájmy, rodinu, firmu, nebo prostě cokoliv co považuje za důležité aby ostatní věděli.
Dalším bodem motivace může být samotné soutěžení mezi členy týmu, republiky, či všemi počtáři v systému. Každá práce je totiž ohodnocena tzv. kreditem.
Právě statistiky jednotlivých projektů v počtu kreditů a hlavně souhrnné statistiky ze všech projektů BOINC jsou místem které láká spousty počítačových nadšenců. Vždyť není nic lepšího jak porovnat výkon svého počítače, než jej zapojit do skutečných vědeckých projektů a tam zjistit jak si se svým výkonem vlastně stojí, jelikož BOINC využívá vše, co mu je počtářem nabídnuto. Jsou lidé kteří počítají na 4 a více jádrech současně, zpracovávají několik projektů naráz a provádějí za sekundu spousty operací. BOINC ale rozhodně není pouze o super výkonných počítačích.

Zvětšit obrázek

Tento největší radioteleskop v Arecibu využívá projekt Seti@home k vyhledávání mimozemských civilizací.

Soutěžení mezi světovými týmy je další ze zajímavých věcí v systému BOINC. Není tajemstvím, že jsme momentálně 9 státem na světě, který odvádí největší množství práce na projektech BOINC a popularita distribuovaných výpočtů je u nás již léta opravdu velká.V naší republice ovšem existuje i něco ojedinělého a tím je Český národní tým (Czech National Team), do kterého se může zapojit skutečně každý. V rámci naší republiky se podařilo sjednotit do jednoho týmu největší procento lidí v poměru k počtu obyvatel.

Zvětšit obrázek

Přehled výskytu malárie ve světě v roce 2005. Pomoci těmto milionům lidí se snaží prostřednictvím projektu Malariacontrol.net spousta lidí z celého světa.

Tento tým je šestý nejpočetnějším týmem světa (6300 členů) a zároveň pátým nejvýkonnějším mezi více než 75000 týmy světa. Za tímto úspěchem je jednak dobře odváděná práce na internetových stránkách CzechNationalTeam,  které jsou obrovským zdrojem informací ze světa distribuovaných výpočtů, ale také jejich fórum, které je zároveň centrem, kde s setkávají tito nadšenci a vyměňují si cenné informace. Tým je založen na jednoduché, ale u nás opravdu fungující myšlence, že dokážeme držet za jeden provaz a prozatím se to našemu národnímu týmu daří.

Kterým oblastem výzkumu lidé pomáhají nejčastěji?
V celosvětovém měřítku je nejvíce lidí zapojeno do projektů které se zabývají výzkumem vesmíru (Einstein, Seti, Cosmology …). Je to dáno pravděpodobně odvěkou touhou po poznání vesmíru která v člověku od pradávna je a také je to velice zajímavá oblast studia, která je přístupná každému. Druhou oblastí je biologie. Projekty které zkoumají proteiny či konkrétní nemoci pomáhají (a v budoucnu s největší pravděpodobností pomohou) spoustě lidem. Rakovina, AIDS, Malárie, Tuberkulóza, to jsou prostě nemoci na které umírají desítky milionů lidí ročně na celé planetě a nikdy si nemůžete být jisti že si nevyberou právě vaši rodinu. Až za těmito obory vědy jsou klimatologie a matematické projekty které pomáhají nám všem denně se zabezpečením dat.
V naší kotlině tomu není jinak, jen důraz na oblasti medicíny jsou u nás zpracovávány ve větší míře než ve světě. Doporučit lze každému kdo má o výpočty zájem pouze jedno. Nehleďte na to co vám kdo říká, nehleďte na to co zpracovávají ostatní, prostě se zapojte do projektu kterému chcete pomoci a to měrou kterou sami uznáte za tu správnou. Někdo pomůže jednu hodinu denně na svém domácím PC, někdo pár hodin týdně, někdo zapojí jednou za čas do výpočtů všechny počítače v práci a někdo počítač kvůli Skype nebo stahování nevypíná a nechá jej zapojený do výpočtů non-stop. Je to individuální a to je jedno z kouzel celého distribuovaného počítání, protože ta volba je právě na vás.
Celkově se již do projektů BOINC zapojilo více než 1,4 milionu lidí, z toho 18.000 čechů.

Zvětšit obrázek

O tom že je LHC opravdový kolos, svědčí samotné detektory velikosti katedrály.

Co z toho budete mít?
Tahle otázka jistě napadne spoustu lidí v dnešní době, ale je to asi jako byste se ptali humanitárních organizací či jejich přispěvatelů, co ze své činnosti mají. Je to činnost dobrovolná, užitečná a tím pádem nevýdělečná. Obrovským přínosem je pomoc vědě, tedy konkrétním projektům a následně pokroku v oboru, kterým se zabývají. Lidi zapojení do výpočtů jsou v podstatě přispěvateli na vědecký výzkum stejně jako lidé kteří přispívají na humanitární účely s tím rozdílem, že zde nejde o vložené peníze ale výpočetní výkon.

Zvětšit obrázek

Mléčnou dráhu poznáváme mimo jiné i díky projektu MilkyWay.

Distribuované výpočty mají ovšem mnoho výhod:
- počtář si sám zvolí kterému projektu či vědnímu oboru kdy a jakou měrou pomůže
- distribuované výpočty jdou problému přímo po krku. Zkoumají vznik daného problému, nemoci, pomáhají při výzkumu nových léků, hledají lepší způsoby heslování, příčiny oteplování Země, alternativní zdroje energie,  atd. Prostě neřeší jen následky, na které je možné přispívat miliardami a stále je to málo, ale pomáhají v zárodku, kde je to nejúčinnější.
- je to mnohem méně finančně náročné. Počítač, pokud je plně vytížený, spotřebuje zhruba jen o 15-20% více energie, než kdyby výpočty neprováděl. Pokud si vezmeme, že průměrný dnešní počítač má spotřebu okolo 0,15 kWh/h, je těch 15-20% opravdu zanedbatelná částka. Také lze ručně nastavit, na kolik % výkonu bude počítač distribuovanými výpočty vytížen a tím tedy i tuto „zvýšenou“ spotřebu si sám určit. Jedná se tedy pouze o malé zvýšení, kterého si asi ani nevšimnete v ročním vyúčtování za elektřinu. Každá takto darovaná koruna může mít ale několikanásobně větší hodnotu než stejná částka, kterou přispějete na někoho, kdo je již nemocný, či postižený.
- víte přesně, jaká instituce, či konkrétní vědci stojí v pozadí projektu
Hlavní otázka lidí by tedy neměla být proč se zapojit a co z toho budou mít, ale proč se vlastně do výpočtů nezapojit a nepomoci tak potažmo i sami sobě.

Výsledky projektů BOINC
První co každého zajímá, je přínos takovýchto projektů, který rozhodně není zanedbatelný. Systém BOINC byl uveden do plného provozu v roce 2004, tehdy pouze se 4  projekty. Jedním z nich byl právě projekt LHC@Home, který již své přímé výsledky přinesl, další na ně ale mohou čekat léta, či již odevzdaly mnoho postupných dílčích výsledků. V současné době je projektů již více než 70, z čehož plně aktivních zhruba 30. Dílčí výsledky mají například projekty na výzkum klimatu, které zpracovávají předpovědi vývoje na několik desítek let dopředu a které se stále zdokonalují.

Zvětšit obrázek

Nastavení provozu BOINC Managera je poměrně snadné a jelikož je i v češtině, nemělo by nikomu moc dlouho trvat se v něm orientovat.

Také mnohé biologické projekty již pomohly vědcům v laboratořích a to převážně hledáním nejlepších chemických struktur proteinů a jejich podobností. Vesmírné projekty se zabývají různými výzkumy, jako je mapování oběžných drah objektů, které by se mohly srazit se Zemí, zabývají se výzkumem naší Mléčné dráhy, či kosmickým mikrovlnným pozadím. Tyto projekty průběžně doplňují střípky do obrovské skládanky našeho poznávání vesmíru a jeho tajemství.
V BOINC ale existují i projekty které mohou mít pouze jeden výsledek, ovšem takový, který bude mít obrovský význam. Například projekt Einstein@Home se snaží potvrdit Einsteinovu teorii o existenci gravitačních vln ve vesmíru, díky kterým by se daly pozorovat události ve vesmíru z míst, kam nikdy nedohlédneme. Mnohem důležitější je fakt, že v těchto vlnách by měla být zaznamenaná každá velká událost, které se ve vesmíru stala, tedy i samotný velký třesk. Prostřednictvím dalšího z projektů Seti@Home, se můžete dokonce účastnit hledání mimozemských civilizací za pomoci největšího radioteleskopu na světě.

Očekávaných výsledků jsou spousty a může trvat léta, než se jich dopracujeme, či zjistíme, že je to jen slepá cesta která nikam nevede. Kdo ale nechce být pouhým pozorovatelem, má jedinečnou šanci se těchto výzkumů účastnit a při čtení článků o významných objevech si třeba někdy říci „Tomuhle jsem pomohl vzniknout“, stejně tak jako desetitisíce lidí, kteří pomohli při stavbě částicového urychlovače LHC.