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Folding@home

原作者	Vijay Pande
開發者	潘德實驗室、SONY、Nvidia、ATI
初始版本	2000年10月1日
穩定版本
穩定版本	7.4.4 （2014年3月29日 ）
操作系统	Microsoft Windows、OS X、Linux、Android
系統平台	跨平台
语言	英語
类型	分佈式計算
许可协议	部份GPL、部份專有[1]
網站	folding.stanford.edu

Folding@home（簡稱FAH或F@h）是一个研究蛋白质折叠、误折、聚合及由此引起的相关疾病的分布式计算工程。由斯坦福大学化學系的潘德实验室（Pande Lab）主持，於2000年10月1日正式啟動。Folding@home現時是世界上最大的分布式計算計劃，於2007年為吉尼斯世界纪录所承認^[2]。

2004年3月8日，研究基因結構的Genome@home（英语：Genome@home）計劃終止，併入Folding@home。

意義

Folding@home專注於精確地模擬蛋白質折疊和錯誤折疊的過程，以便能更好地了解多種疾病的起因和發展，包括阿茲海默症、亨廷顿舞蹈症、牛海綿狀腦病（瘋牛症、狂牛症）、癌症和囊胞性纖維症。到目前為止，Folding@home 已成功模擬5—10微秒的折疊過程，超出先前估計可模擬的時段數千倍。

很多研究蛋白質結構的論文，都有引用這個計劃的成果。^[3]

伊利諾伊大學香檳分校在2002年10月22日發表的報告証實，該計劃採用分散模擬方式，所得出的結果是準確的^[4]。

生物醫學研究

腦退化症

亨丁頓舞蹈症

亨丁頓舞蹈症起因於第4對染色體異常，病發時會無法控制四肢，就像手舞足蹈一樣，並伴隨著智能減退，最後因吞嚥、呼吸困難等原因而死亡。

癌症

成骨不全症

成骨不全症，又稱脆骨症，是一種先天性遺傳疾病，男女性患病的比例大約相同。這種疾病會造成第一型膠原纖維缺陷，使骨骼忍受外力衝擊的能力較正常人差，即使是輕微的碰撞，也會造成嚴重的骨折，因此這類的病患被稱為「玻璃娃娃」或「玻璃骨」。

病毒

彭德實驗室正利用Folding@home對一些病毒進行研究，對象包括流行性感冒病毒、人類免疫缺陷病毒（HIV）等，以尋找阻止病毒進入細胞的方法。歷史上全球曾多次出現高死亡率的週期性流感疫潮，其中1918年的西班牙流感導致全球近一億人死亡。當病毒感染細胞時，會發生「脂質雙層融合」（Lipid bilayer fusion/membrane fusion），其蛋白質會與細胞的蛋白質進行對接，過程之後或能進入細胞，或自我裹在細胞膜內。

藥物設計

Folding@home和Rosetta@home

Folding@home和另一個分布式计算計劃Rosetta@home都做和蛋白質相關的研究，導致公眾常常把兩者的目標混淆，或不知道應該參加哪個計劃。為此，Folding@home的管理者、潘德实验室的領導人費積·潘德（英语：Vijay S. Pande）教授解說道：^[5]

我熟悉貝克、朗根納頓和他們的工作，並（正如整個蛋白質研究社群一樣）覺得他們的工作至關重要，使我印象深刻。但是，Rosetta@home和Folding@home兩者想要解決的，是很不同的問題。

Rosetta@home只著重蛋白質完成折疊後的最終狀態，並非折疊的過程。而且，Rosetta@home也不會探究折疊可能出現的錯誤。他們的研究方法，對我們感興趣的問題和要對付疾病（例如阿茲海默症），也沒有幫助。

同時，人們也該明白，用電腦去準確預測蛋白質的結構，比起進行真正的實驗，仍是更艱難的。而從Folding@home所獲得的有關蛋白質折疊和誤折的資料（例如速度、能量）是和實驗結果相符合的，也告訴我們更多實驗不能發現的東西。而Rosetta@home，雖然已進行了很長時間，也取得一些很可觀的成果，但當要在Rosetta@home預測的結構和晶體結構（crystal structure）之間選擇時，都會選取晶體結構。因為他們的努力，我相信這將會改變，但要這夢想成真，還有一段很長的路要走。

因此，兩個計劃都很有價值，但處理的卻是不同的問題。我想有些人誤解了，以為Folding@home是關於預測蛋白質的結構（其實並不是，這是Rosetta@home的專長），Rosetta@home是研究與蛋白質折疊錯誤相關的疾病（其實並不是，這是Folding@home的專長），但是两个计划研究的项目却和那些人想的恰恰相反。希望這篇貼文有助澄清一下。

運作方式

Folding@home並不依靠強大的超級電腦進行計算，反而主要的貢獻者是成千上萬的個人電腦。每部參與的電腦都安裝了一個在背景執行的客戶端程序，在系統不忙碌的時候調用中央處理器執行模擬工作。現時世界上絕大部分的個人電腦，在一般的情況下都很少用盡本身的計算能力。Folding@home就是使用這些本來都浪費了的運算力量。

Folding@Home的客戶端會定時連接設於斯坦福大學的伺服器去取得“工作單元”（work units），即一種存有實驗資料的數據包，根據實驗資料進行計算。每個工作單元計算完成後，再傳回伺服器。

分析軟體

Folding@home的用戶端利用了經修改的TINKER（英语：TINKER）、GROMACS、AMBER及CPMD（英语：CPMD）這四款分子模擬程式進行運算，並會在許可的情況下作出優化，以把運算速度加快。這四款模擬程式也被修改成多個不同版本，供多款作業平台使用，每款程式的變體會以編號“Core xx”作分類。

現役內核

• GROMACS
  
  • Gromacs（Core 78）
    
    • 僅提供予所有單處理器平台使用。
  
  
  • DGromacs（Core 79）
    
    • Gromacs的雙倍精準版本，僅使用SSE2。
    
    
    • 僅提供予所有單處理器平台使用。
    
    
  
  
  • DGromacsB (Core 7b)
    
    • 名義上是DGromacs的更新版本，實際上是基於SMP／GPU版本的源碼的全新內核。兩者均在使用中。
    
    
    • Gromacs的雙倍精準版本，僅使用SSE2。
    
    
    • 僅提供予所有單處理器平台使用。
    
    
  
  
  • DGromacsC (Core 7c)
    
    • Gromacs的雙倍精準版本，僅使用SSE2。
    
    
    • 僅提供予單處理器的Windows及Linux平台使用。
    
    
  
  
  • GBGromacs（Core 7a）
  
  
  • Gromacs SREM（Core 80）
  
  
  • GroSimT（Core 81）
  
  
  • Gromacs 33（Core a0）
  
  
  • Gro-SMP（Core a1）
  
  
  • GroCVS（Core a2）
  
  
  • GroGPU2（Core 11及Core 13）
  
  
  • Gro-PS3（沒有編號，但也稱為SCEARD內核）
  
  


• AMBER
  
  • PMD (Core 82)
    
    • 未優化
    
    
    • 僅提供予單處理器的Windows及Linux平台使用。
    
    

已停用內核

• TINKER
  
  • Tinker core (Core 65)
    
    • 現已停止使用，並由速度更快的同類內核GBGromacs (Core 7a)所替代。
    
    
    • 未優化
    
    
    • 僅提供予所有單處理器平台使用。
    
    


• GROMACS
  
  • GroGPU (Core 10)


• CPMD
  
  • QMD (Core 96)

命令行界面版本

Folding@home Console version是Folding@home的命令行介面版本，由史丹佛大學化學系的潘德实验室主持，於2000年10月1日正式啟動，可精確地模擬蛋白質折疊和錯誤折疊的過程，以便能更好地了解多種疾病的起因和發展，Folding@home目前是世界上最大的分散式計算計劃。

高性能平台支援

圖形處理器

要快速運算蛋白質的摺疊效應，得需以高浮點運算能力的處理器進行，GPU具備強大浮點運算性能的優勢，Folding@home方面也著手開發供GPU使用的程式，把作業交給GPU運算。2006年10月2日，Folding@home公開發行供Windows系統使用的GPU測試版本，測試期間收到由450顆ATI X1900 GPU提供的31 TFLOPS運算性能，每顆顯核平均運算運力為一顆傳統CPU的70多倍。至2008年4月10日，第二代Windows GPU公開測試版推出，新版本支援ATI/AMD HD2xxx及HD3xxx系列，不用再透過DirectX介面與顯示核心溝通，並支援多GPU核心。供NVIDIA GPU使用的版本則利用CUDA技術，就可以使到GPU可以進行蛋白質摺疊運算。NVIDIA官方表示，只需全球0.1%支援CUDA的顯示卡進行運算，效能就可以達到7PFLOPS，遠超過超級電腦的計算水平^[6]。現時已推出供啟用CUDA的NVIDIA GPU使用的公開測試版本。

PlayStation 3

索尼已加入Folding@home计划，從PS3的1.6版本韌體開始，支援該項目科学運算。由於PS3使用了Cell處理器，能提供強大的運算性能。當PS3闲置时，就會啟動運算程式，计算蛋白质的折叠效应，利用結果去研究各种疑难杂症。當CELL處理器運算時，NVIDIA的RSX顯核就會提供立體的蛋白质折叠實时图形展示。該图形展示效果不錯，支援1080p輸出，还有HDR效果。用家可利用手柄来控制觀賞角度。

PS3曾經為Folding@home提供最多的運算能力，隨著供NVIDIA GPU使用的軟件推出，NVIDIA GPU取代了PS3，成為了Folding@home的主力。截至2008年9月初，參與的PS3遊戲機為該計劃提供1,200多TFLOPS的運算能力，佔總數近35%。

多核處理器

隨著更多不同款式的多核處理器陸續推出，支援多核心的軟件也越來越多，Folding@home也加入支援對稱多處理機（SMP），希望藉此增強軟件的運算能力。透過利用MPI，軟件可同時使用多個內核進行運算。

支援SMP的Folding@home於2006年11月13日推出供x86-64 Linux及x86 Mac OS X執行的beta測試版本，現時也已推出供Win32使用的試版本，而供32位Linux執行的版本則仍在開發中。

估計能源消耗

PS3相关

一台PlayStation 3遊戲機的標稱功率為380W，由於Folding@Home是設計供CPU使用，因此會造成主機功耗達100%。但根據斯坦福方面有關PS3主機的常見問題，指出每台主機「在執行該程式時，其估計功率約為200W左右^[7]」。截至2008年5月底，共有51,000多台PS3主機為該計劃提供1,400多TFlops的運算能力，每台PS3平均提供近30,000MFlops，以史丹福的每台主機200W輸出（使用90nm製程的處理器）估計，每瓦輸出提供150多MFlops^[8]。隨著PS3的Cell處理器改用更微細的65nm及45nm製程，處理器的功耗會進一步下降，其每瓦輸出提供的運算的能力也會提高。

PC相关

取决于PC本身CPU最大能耗以及计算程序设置。

注意事项

1. 本项目使用独立计算程序，可以在多平台下进行计算，包括PC、MAC 和 PS3


2. 本项目的客户端分为3类，分别是CPU计算客户端，GPU计算客户端和PS3计算客户端


3. 本项目的 GPU 计算客户端支持 AMD-ATI HD2000 及以上系列和 nVidia 所有支持 CUDA 系列的显卡


4. 最新版的V7综合客户端同时支持多核CPU和AMD/ATI HD2000 及以上系列、NVIDIA 8xxx及以上系列显卡计算


5. 为获得更好的计算效能建议使用V7综合客户端或者V6/High Performance Clients客户端计算

參考資料

參見

• 分散式計算


• Rosetta@home


• World Community Grid


• BOINC

外部链接

• Folding@home 官方網站（含部份中文頁面）


• Folding@home 中文網


• Folding@Home 简体中文论坛（中国队 China Folding@Home Power 3213）


• Folding@home 滄者極限團隊 繁體中文論壇（台灣隊:31403）


• FAH部落格


• FAH論壇


• Folding@home Wiki


• 英文維基百科團隊


• 中文維基百科團隊