12.05.2011, 10:09 Uhr

Schweizer forschen dank Cloud schneller

Cloud Computing hilft Wissenschaftlern der ETH Zürich dabei, die Struktur von Proteinen schneller zu bestimmen.
Forscher der ETH Zürich, das Start-Up Unternehmen CloudBroker und IBM Schweiz demonstrieren gemeinsam, wie Cloud Computing die Wissenschaft beschleunigen kann.
In einer Simulation konnten Forscher des Institute of Molecular Systems Biology der ETH Zürich neue Erkenntnisse über die Struktur bestimmter Proteine von für den Menschen gefährlichen Streptokokken-Bakterien erzielen. Diese Erkenntnisse sind wichtig zum Beispiel für die Entwicklung neuer Antibiotika. Sie werden dringend benötigt für eine bessere Behandlung von oft lebensgefährlichen Erkrankungen durch multiresistente Bakterien.
Dank Cloud Computing konnte die zur Berechnung der dreidimensionalen Protein-Modelle benötigte Rechnerleistung schnell zur Verfügung gestellt werden. «Ohne Cloud Computing hätte dieses Experiment mehrere Monate gedauert. Nun bekamen wir die Ergebnisse innerhalb von nur zwei Wochen», erklärt ETH-Forscher Lars Malmström, der die entsprechenden Forschungsarbeiten leitet.
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Für das Experiment unter der Schirmherrschaft des Systembiologie-Konsortiums SystemsX setzte das Team rund um Malmström auf die Open-Source-Lösung Rosetta, eine Suite für die Berechnung und Vorhersage dreidimensionaler Proteinstrukturen. Das ETH-Spin-Off CloudBroker war dafür verantwortlich, Software und Infrastruktur über ihre Plattform zu verbinden und zu betreiben. «Die Forscher benötigen einen direkten Zugang zu ihrer Software in der Cloud, ohne über die darunterliegende Infrastruktur nachdenken zu müssen», sagt Wibke Sudholt, CEO bei CloudBroker. «Wir haben Rosetta deswegen als einen Service auf unserer Cloud-Plattform zur Verfügung gestellt.»
IBM schliesslich stellte die nötigen Cloud-Computing-Ressourcen für das Experiment zur Verfügung. «Aus der IBM Smart Cloud Enterprise hatte das Team Zugriff auf nahezu 250'000 Stunden Rechenzeit auf insgesamt 1000 parallelen Prozessoren. Das war ein Supercomputer aus der Wolke, aufgesetzt und betriebsbereit innerhalb weniger Stunden», so Roland Reifler, der Verantwortliche bei IBM Schweiz für das Projekt.
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Diese enorme Rechenkapazität war nötig, da die Berechnung von dreidimensionalen Proteinstrukturen hoch komplex ist. So identifizierte das ETH-Team 249 für das Experiment vielversprechende Bakterien-Proteine. Für jedes dieser Proteine existieren zehntausende verschiedene mögliche Strukturen. Insgesamt berechnete die Rosetta-as-a-Service Lösung ca. 2.3 Millionen Modelle. Dazu musste die Plattform über 30'000 einzelne Rechenpakete verwalten und verteilen. «Das war eine enorme Herausforderung. Wir haben das intelligente Queueing- und Datenmanagement-System unserer CloudBroker Plattform dafür noch weiter ausgebaut», sagt Sudholt. Jetzt könne man anderen Instituten aber einen vollautomatischen Service zur Verfügung stellen, so Sudholt weiter.
Für die Forschung ergibt sich dadurch ein weiterer Vorteil. «Ergebnisse und Experimente lassen sich mit exakt den gleichen Einstellungen und Vorgaben wiederholen und überprüfen. Für effizientes wissenschaftliches Arbeiten ist das extrem wichtig», erklärt Malmström. Ausserdem bietet das Cloud Computing Modell für Forschungsinstitutionen die Möglichkeit, IT-Infrastruktur jeweils für bestimmte Experimente mit hohem Bedarf an Rechenleistung flexibel einzukaufen: Sie können Rechenkapazität bei Bedarf buchen und bekommen sie schnell zur Verfügung gestellt. So müssen die Forschenden sie nicht selber aufbauen oder unterhalten und können sich besser auf ihre Forschung konzentrieren.
Das mache High-Performance-Computing aus der Cloud auch interessant für weitere Forschungsbereiche und kleinere, spezialisierte Laboratorien, so Roland Reifler von IBM.


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