Folding@Home项目原理与特性

    ● Folding@Home项目原理与特性

　　Folding@home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项目。我们使用联网式的计算方式和大量的分布式计算能力来模拟蛋白质折叠的过程，并指引我们近期对由折叠引起的疾病的一系列研究，找到相关疾病的发病原因和治疗方法。

　　Folding@home能了解蛋白质折叠、误折以及相关的疾病。目前进行中的研究有：癌症、阿兹海默症（老年失智症）、亨廷顿病、成骨不全症、帕金森氏症、核糖体与抗生素。

Folding@Home项目简介

　　您可以在斯坦福大学官方网页上下载并运行客户端程序，随着更多志愿者的计算机加入，此项目计算的速度就越快，就会计算出蛋白质在更长时间内的折叠，距离科学家找到最终答案也就越来越近。如果蛋白质没有正确地折叠将会使人得一些病症：如阿兹海默氏症(Alzheimers)、囊肿纤维化（Cystic fibrosis）、疯牛病(Mad Cow, BSE)等, 甚至许多癌症的起因都是蛋白质的非正常折叠。

    Folding@home所研究的是人类最基本的特定致病过程中蛋白质分子的折叠运动。项目的核心原理在于求解任务目标分子中每一个原子在边界条件限制下由肽键和长程力等作用所导致的运动方程，进而达到实现模拟任务目标分子折叠运动的目的。每一个原子背后都附庸这若干个方程，每一个方程都可以转换成一组简单的向量指令。同时由于长程力的影响，条件分支也随处可见，Folding@home在GPU使用量上也要大于图形编程。

    Folding@home的客户端利用了经修改的TINKER、GROMACS、AMBER及CPMD这四款分子模拟程式进行运算，并会在许可的情况下作出优化，以把运算速度加快。这四款模拟程式也被修改成多个不同版本，供多款作业平台使用。Folding@Home中最主要的核心是GROMACS，这是一个经过特殊许可的非GPL版本的GROMACS作为客户端。GROMACS全名为：GROningen MAchine for Chemical Simulations，这是一款由荷兰Groningen大学开发的分子动力学模拟软件包，现在则主要由Uppsala大学, 斯德哥尔摩大学 以及马普学会聚合物研究所共同维护。

在分子动力学领域广泛使用的GROMACS引擎

    由于针对不同的系统其代码进行了高度优化，GROMACS是目前最快的分子动力学模拟软件。此外，由于支持不同的分子力场以及按照GPL协议发行，GROMACS拥有很高的可定制性。GROMACS目前最新版本为4.07，可以到官方网站下载并自行编译。GROMACS支持并行/网格计算扩展，可灵活搭配MPI规范的并行运算接口，如MPICH、MPICH2、MPILAM、DeoinMPI等。国内也有很多分子动力专业人员同样使用GROMACS做研究，而且几乎是全部，GROMACS几乎成为模拟蛋白质折叠领域内的标准。

　　蛋白质在生物学中充当如此重要的角色, 科学家开始对人类的基因组开始排序。基因组实际上是一张跟蛋白质有关的“蓝图”——基因组包含遗传密码（DNA Code），这些密码决定着氨基酸串成蛋白质长链的顺序。最令人惊讶的不仅是蛋白质本身能够自我组装——折叠，而且是它们自我组装的速度是如此之快:一些蛋白质能够在百万分之一秒之内完成自我折叠。

　　虽然这个时间在人的时间表中是非常快的，但是用计算机进行模拟，这个时间就显得相当长了。实际上，计算机模拟1纳秒（1/1,000,000,000秒） 需要花费大约一天的时间。不幸的是，蛋白质折叠是以数十毫秒（10000纳秒）作为时间表的。所以我们必须借助分布动力学——一种“将工作单元分解成多个部分，使用多台处理器来模拟”的办法来冲破毫秒障碍。