Суперкомп'ютер дізнається, чи виживемо ми на Марсі: пристрій вивчає мутації ДНК прямо на МКС

12 серпня суперкомп'ютер Spaceborne Computer-2 (SC2) впорався з першим набором робочих навантажень при секвенуванні генів на борту Міжнародної космічної станції.

Про це пише блог Microsoft.

Американська корпорація запустила космічний експеримент спільно з Hewlett Packard Enterprise (HPE), відправивши суперкомп'ютер на МКС в лютому 2021 року. Розробники вирішили перевірити, наскільки добре SC2 впорається зі складними науковими дослідженнями на периферії і в хмарі. Для цього суперкомп'ютер підключили до секвенсора генів на борту МКС, який регулярно аналізує зразки крові астронавтів. Експеримент покаже, як ДНК людей змінюється в космосі, і чи не знищить їх подорож на Марс або на інші планети.

У процесі секвенування апарат видає близько 200 ГБ даних про одну людину, тоді як Spaceborne виділили всього дві години на тиждень для передачі інформації на Землю, та ще й зі швидкістю 250 Кбайт/с. Таким чином відправлення лише одного набору займе два роки — це дуже довго, враховуючи постійне оновлення клінічної бази даних, з якими порівнюються отримані гени.

"Це як повернутися в 90-ті, коли в ходу були модеми", — цитує Data Centre Dynamics Девіда Вайнштейна, головного менеджера з розробки програмного забезпечення підрозділу Microsoft Azure Space.

Розробники знайшли вихід із ситуації, змусивши суперкомп'ютер порівнювати отримані послідовності з еталонними ДНК для пошуку різних відхилень і мутацій, які можуть виникати під впливом космічної радіації. Такі дані виділяються із загального масиву, і лише вони відправляються на наземну станцію HPE, що значно економить час і дозволяє вкластися в годину. Під час першого етапу SC2 успішно обробив 120 МБ.

Далі за справу береться хмарна система Azure від Microsoft Genomics, яка зіставляє короткі послідовності основних пар генів (близько 70 штук) із завантажених даних з повним геномом людини. Така процедура дозволяє виявляти будь-яку мутацію та її тип (видалення, додавання, реплікація або заміна). Отримані результати звіряються також з базою Національного інституту охорони здоров'я США (NIH), щоб визначити, як конкретні відхилення можуть вплинути на здоров'я.

Експеримент довів, що спільну роботу на периферії і в хмарі можна використовувати для підтримки важливих процесів на МКС, які, в іншому, випадку були б неможливі через обмеження обчислювальних ресурсів і пропускної здатності. Попередня обробка даних секвенатора генів і пошук генних мутацій скорочує обсяг даних приблизно до 1,5 ГБ.

Microsoft очікує, що заплановані тести ще більше збільшать це співвідношення. Представник HPE повідомив, що компанія провела 4 подібних експерименти, працює над 4-ма іншими і планує провести ще 29.

Всі основні програмні компоненти, які зробили можливим проведення експерименту, (як на базі ISS, так і на базі Azure) були написані на Python і bash з використанням Visual Studio Code, GitHub і бібліотек Python для функцій Azure і сховища BLOB-об'єктів Azure.

Космічний суперкомп'ютер SC2 складається з двох 1U-вузлів у корпусі з потужними системами живлення і охолодження. Перший вузол представлений сервером HPE Edgeline EL4000 з одним CPU і одним ШІ-прискорювачем, 64 Гб RAM і 4-ма SSD-дисками по 240 ГБ. Другий вузол — сервер HPE ProLiant DL360 Gen10 з 2-ма CPU, 192 Гб RAM і десятьма SSD по 240 ГБ. Продуктивність системи відносно невелика (трохи більше 2 Тфлопс), але в космос настільки потужний комп'ютер відправили вперше.

Раніше Фокус писав, як влаштовані новітні суперкомп'ютери. Як виявилося, квантові процесори можуть за годину знайти рішення для завдання, на яке навіть найпотужнішим традиційним система знадобиться вісім років.