Регистрация / Вход
Прислать материал

«Распределенные вычислительные системы для решения задач молекулярной биоинженерии»

Информация отсутствует

Соисполнители

Участники проекта

Зам. руководителя работ
Шайтан Константин Вольдемарович

Этапы проекта

1
18.11.2009 - 15.12.2009
АННОТАЦИЯ РАБОТ,
ВЫПОЛНЕННЫХ НА ЭТАПЕ № 1
«Выбор и обоснование направления исследований»

  государственного контракта с Федеральным агентством по науке и инновациям от 18 ноября 2009 г. № 02.740.11.0487
Шифр заявки: «2009-1.1-000-082-132»
Период выполнения этапа 18 ноября 2009 г. – 15 декабря 2009 г.
Исполнитель: Государственное учебно-научное учреждение Биологический факультет Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова, 119991, г. Москва, Ленинские горы, д.1., стр.12
Цель работы Разработка конкурентоспособного высокопроизводительного параллельного программного обеспечения для проведения высокоэффективных массивно-параллельных компьютерных расчетов с использованием методов
программирования общего назначения на графических процессорах (GPGPU, General-Purpose computing on Graphics Processing Units), направленных на определение белок-белковых и белок-мембранных взаимодействий, для построения моделей пространственной структуры белков на основе данных электронной микроскопии, для идентификации перспективных молекулярных мишеней новых лекарств, а также виртуального скрининга лекарств.

1. Наименование разрабатываемой продукции
- отчет о патентных исследованиях;
- обоснование принятого направления исследований;
-основные требования к разрабатываемому программному обеспечению и базе данных по структуре и динамике биообъектов;
- обзор по программному обеспечению и программно-аппаратным комплексам для молекулярного моделирования;
-описание конфигурации и оценка производительности модельного многопроцессорного вычислительного комплекса для работы со структурами биомакромолекул;
- обзор программного обеспечения для научных исследований в области физики и химии.

  2. Характеристика выполненных на этапе работ по созданию продукции
2.1. Результаты работы на 1 этапе:
• Проведены патентные исследования.
• Сформированы основные требования к разрабатываемому программному обеспечению и базе данных по структуре и динамике биомакромолекул.
• Проведен анализ литературных данных по программному обеспечению и программно-аппаратным комплексам для молекулярного моделирования.
• Определены принципы формирования конфигурации многопроцессорного вычислительного комплекса для работы со структурами биомакромолекул и дана оценка производительности модельной вычислительной конфигурации.
• Проведен поиск и анализ программного обеспечения и аппаратных решений для научных исследований в области физики и химии с использованием распределенных вычислений.

2.2. Новизна применяемых решений в сравнении с другими работами, родственными по тематике и целевому назначению и определяющими мировой уровень.
Проведено сравнительное исследование и существующих на данный момент многопроцессорных вычислительных, что позволяет оценить их преимущества и недостатки, а также определить спектр задач для подобных систем. Сформирован список требований к разрабатываемому программному обеспечению с учетом проведенного анализа существующего ПО. Сформулированы современные требования к подобному программному обеспечению. Сформированы требования к простоте освоения ПО как ориентированному на широкий спектр пользователей и обучение специалистов.
2.3. Особенности исследования, разработки, метода или методологии проведения работы на отчетном этапе.
Особенностью НИР явяляется разработка методов и создание ПО для моделирования объектов молекулярной биоинженерии с использованием специализированных графических массивно-параллельных систем.
2.4. Объекты интеллектуальной собственности, созданные на отчетном этапе.
На 1 этапе создание объектов ИС не планировалось.

3. Области и масштабы использования полученных результатов
3.1. Полученные результаты применимы при выборе аппаратных решений для создания массивно-параллельных гибридных суперкомпьютерных систем, ориентированных на молекулярное моделирование сложных объектов.
3.2. Ход практического внедрения полученных результатов.
Результаты НИР использованы в лекционном курсе по применению суперкомпьютеров для решения задач молекулярной биоинженерии.
3.3. Оценка или прогноз влияния полученных результатов, товаров и услуг, созданных на основе полученных результатов, на подготовку и закрепление в сфере науки и образования научных и научно-педагогических кадров, достижение или превышение заданных индикаторов и показателей.
На основе сформированных требований к программно-аппаратному решению массивно-параллельных вычислений для решения задач молекулярной биоинженерии становится возможной разработка нового конкурентно-способного ПО, позволяющего в условиях отдельной биоинженерной лаборатории решать широкий круг проблем, связанных с молекулярным дизайном белок-мембранных структур. Все заявленные в техническом задании индикаторы были достигнуты.


4. Выводы
Задачи 1 этапа выполнены полностью. Подготовлены все необходимые условия для перехода к работе на 2 этапе.

Декан биологического факультета МГУ,
академик М.П.Кирпичников
27 ноября 2009 г.
М.П.
Развернуть
2
01.01.2010 - 15.07.2010
2.1. Разработка методики проведения
компьютерного моделирования
молекулярной динамики и обработки
данных электронной микроскопии с
использованием распределенных
вычислительных систем и графических
процессоров.
2.2. Разработка программного
обеспечения для сборки сложных
биосистем и подготовки данных для
молекулярного моделирования.
2.3. Разработка структуры базы данных
по динамике биомакромолекул и
пользовательского интерфейса.
2.4. Разработка структуры ПО для
обработки данных электронной
микроскопии
2.5. Разработка конфигурации
аппаратных средств для поддержания
СУБД, серверной части и хранения
данных при работе с объектами
молекулярной биоинженерии
2.6. Анализ интерфейсов программного
обеспечения для молекулярного
моделирования.
2.7. Разработка СУБД и веб-интерфейса
для хранения и каталогизации данных
молекулярного моделирования.
Развернуть
3
16.07.2010 - 10.12.2010
3.1. Разработка и тестирование ПО для
численного моделирования
молекулярной динамики объектов
биоинженерии с использованием
интеграции различных уровней
параллелизма.
3.2. Разработка конфигурации
многопроцессорной аппаратной
платформы для проведения расчетов
динамики макромолекул.
3.3. Создание технической базы для
проведения практических занятий,
установка и настройка программных
средств для тестовых вычислительных
экспериментов.
3.4. Разработка задач практикума по
компьютерному моделированию с
использованием массивно-параллельной
архитектуры.
3.5. Разработка системы
администрирования многопроцессорного
вычислительного комплекса.
Развернуть
4
01.01.2011 - 15.04.2011
4.1. Сборка серии структур объектов
молекулярной биоинженерии для
пробных вычислительных
экспериментов.
4.2. Разработка способов расширения
аппаратной платформы многопроцессорными блоками. Определение максимальной
производительности многопроцессорного вычислительного комплекса на задачах молекулярной биоинженерии.
4.3. Сравнительное изучение
эффективности созданного программно-
аппаратного обеспечения для
молекулярного моделирования с
традиционными аналогами на пробных
объектах. Анализ сходимости
получаемых результатов.
4.4. Разработка программ для обработки
результатов вычислительного
эксперимента.
4.5. Наполнение базы данных
структурами и данными обработки
результатов вычислительных
экспериментов.
4.6. Разработка программы
использования результатов НИР в
образовательном процессе.
4.7 Разработка руководства пользователя
для программно-аппаратного комплекса
4.8. Проведение пробных практических
занятий для студентов и аспирантов.
Развернуть
5
16.04.2011 - 15.09.2011
5.1.Проведение дополнительных
патентных исследований.
5.2.Выбор и моделирование объекта
молекулярной биоинженерии для
демонстрации возможностей
программно-аппаратного комплекса.
5.3. Оценка эффективности
использования полученных результатов в
учебном процессе, в том числе при
проведении практикумов, выполнении
курсовых и дипломных работ.
5.4. Определение направлений
использования результатов НИР при
проведении НЖЖР в области
молекулярной биоинженерии.
5.5. Проведение технико-экономической
оценки полученных результатов
5.6. Разработка предложений по
совершенствованию аппаратной
платформы и использованию
многопроцессорного вычислительного
комплекса для решения прикладных
задач молекулярной биоинженерии.
5.7. Разработка методического пособия
по компьютерному моделированию с
использованием массивно-параллельной
архитектуры
Развернуть

Программа

Программа "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" на 2009 - 2013 годы

Программное мероприятие

1.1 Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров
Продолжительность работ
2005 - 2006, 19 мес.
Бюджетные средства
6,3 млн
Организация
МАИ
профинансировано
Продолжительность работ
2012 - 2013, 15 мес.
Бюджетные средства
6,22 млн
профинансировано
Тема
Разработка алгоритмов и методов решения многопараметрических многокритериальных оптимизационных гидродинамических задач с использованием распределенных вычислений, включая Grid-вычисления на вычислительных системах гетерогенной архитектуры.
Продолжительность работ
2009 - 2010, 14 мес.
Бюджетные средства
13 млн
Количество заявок
2
Тема
Создание комплекса пакетов прикладных программ для моделирования сложных научных и промышленных задач на суперкомпьютерных системах терафлопного уровня и в распределенных вычислительных средах.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка и реализация технологий решения вычислительно-сложных задач на базе распределенных неоднородных вычислительных ресурсов.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
6,3 млн
Количество заявок
12
Тема
Разработка интерактивной Веб-ориентированной системы для решения задач молекулярного моделирования с использованием технологий распределенных вычислений.
Продолжительность работ
2005 - 2006, 23 мес.
Бюджетные средства
10 млн
Количество заявок
2
Тема
Создание семейства высокопроизводительных многопроцессорных вычислительных систем с динамически перестраиваемой архитектурой на основе реконфигурируемой элементной базы и их математического обеспечения для решения вычислительно трудоемких задач
Продолжительность работ
2007 - 2009, 30 мес.
Бюджетные средства
194 млн
Количество заявок
3