团结世界各地的电脑绘制银河系

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PCs Around the World Unite To Map the Milky Way
团结世界各地的电脑绘制银河系


2010 年 2 月 10 日
发布者:Gabrielle DeMarco
< 资料来源:Rensselaer Polytechnic Institute >


图片来源:斯隆数字巡天

  在这个非常时刻,世界各地成千上万的家用电脑正在悄悄的共同努力,解决我们的银河系中最大和最根本的奥秘。

  从来自非洲至到澳洲的热情和好奇的志愿者正捐献他们的计算能力,无论是用着他们十年前老迈的台式机还是崭新的笔记本,目的就是为了帮助伦斯勒理工学院的科学家和天文学家们绘制我们的银河系形状。现在,就在本月,这些简陋的家庭电脑汇聚的计算能力已经超过了 1 PetaFlops,运算速度超过了世界上第二快的超级计算机。

  该项目 - MilkyWay@home,使用伯克利开放式网络计算平台(BOINC),就是大家所熟悉的 SETI@home 项目所使用的并致力搜寻地外文明的信号。今天,MilkyWay@home 已经超越这个著名的项目,在速度方面成为 BOINC 计算平台上最快的计算项目,也是分布式计算项目中第二快(次于 Folding@home)。

  MilkyWay@home 背后的研究小组是由各个学科的学生到教授所组成。于 2006 年 7 月从基于 BOINC 平台开发至今的不懈努力,由一个自愿的团队建立起如此的计算能力。

  参加项目的每个用户通过他们的电脑提供着部分的计算能力为项目进行计算。对于 MilkyWay@home 项目,这意味着每个电脑分析的形状、密度和运动是所采集数据中关于银河系的非常小的部分。

  特别是项目正在研究各种不同的矮星系在过去的数百万年如何移动延伸并合并构成大的银河系,为此需要研究恒星流,用户的计算会提供银河系仍未知的整体形状和暗物质密度。

  伦斯勒应用物理和天文学副教授 Heidi Newberg 谈到银河项目在最初十分简陋,她是个人研究试图绘制银河系恒星和物质的三维分布,但在使用斯隆数字巡天数据却不能找到甚至一个恒星流的一小部分中最好的模型。

  “作为一名研究员,坐在办公室手上只有少得可怜的计算能力和时间要去解决巨大无比的计算问题。通过 MilkyWay@home 平台,我现在有机会使用大规模的计算资源,可以解决一名教职研究人员根本不可能做到的难题。

  在对 BOINC 进行研究之前,Newberg 和计算机科学副教授 Malik Magdon-Ismail 一起对她的项目开发了更强大跟快速的算法。由此他们大大提高了计算效率,成为更大的 MilkyWay@home 项目建立了基础。

  “科学家们总是需要额外的计算能力。”Newberg 说道,“大量的数据足以令任何计算能力捉襟见肘。”因此,她的工作很快就超出了实验室电脑的限制,在 Claire、Roland Schmitt、卓越计算机教授 Boleslaw Szymanski、计算机科学副教授 Boleslaw Szymanski、博士后研究助理 Travis Desell,还有伦斯勒的其他的研究生和本科生的共同合作下,于 2006 年正式开始 MilkyWay@home 项目。

  有了这个广泛的合作,使得项目跨越了天体物理的目标。而重要的发现是,即使志愿者的电脑并不可靠,通过科学的算法使及其分散和多样性的计算能力在 MilkyWay@home 的系统上工作得很好。

  “当你使用一台超级计算机,所有的处理器都是相同的而且在同一个地方,因此它们会在同一时间产生相同的结果。”Varela 说道,“在非常的分布式系统,就如 MilkyWay@home,我们面对的是全球许多不同的操作系统,为了处理这些异步的工作,我们开发了全新的算法来处理系统中的工作调度。”使得即使是最慢的电脑也能对项目提供帮助。

  目前已经有9篇文章出版和多次公开会谈中涉及有关项目创建的计算机科学方面的发现,还有更多算法的改进和其他学科应用的成果。而合作也已经开始,寻找人类基因规律的 DNA@home 项目正在开发。另外与生物物理学家和化学家合作的两个基于 BOINC 的项目也已经开始,目的是为了研究蛋白质折叠和新药物和材料的设计。

  除了在计算机科学和天文学研究的重要发现外,研究人员表示,该项目对于公众的科学发现也作出了重要进展。自项目开始至今,来自 169 个国家超过 45000 名的志愿者捐献了计算能力,目前项目活跃的用户约有1.7万。

  “这是真实的公众科学”Desell 说道,他作为研究生从一开始参与项目的工作并目睹了其整个的发展。“这是一个非常独特的机会让人们对科学产生兴趣,同时也使我们建立了强大的计算资源。”所有的研究,结果,数据和甚至源代码都是公开的,并定期在 MilkyWay@home 的主页更新,网站地址:http://MilkyWay.cs.rpi.edu/

  Desell 认为公共性和经常沟通是项目成功的重要组成部分。“他们不只是坐在后面让计算机做工作。”他说道,志愿者已经捐出设备以及潜在的改善算法,大大提升了运算速度。Varela 笑道:“我们最终与 17000 名作者撰写论文。”

  除了志愿者外,伦斯勒其他学科及院外的机构也参与该项目。其中包括伦斯勒的研究生 Matthew Newby,Anthony Waters,and Nathan Cole 还有 SETI@home 的创始者 David Anderson,这项研究的资金主要由国家科学基金会(NSF)提供,还有 IBM,ATI 和 NVIDIA 捐献的设备。