Berkeley开放式网络计算平台BOINC

说是自我肉鸡:chicken:,很精辟:sweat_smile:

March 15, 2019 · 48 mins read

BOINC平台的主要目的是利用全球个人电脑的闲置运算能力,滴水成海,组成超级计算机。

上面有五花八门的项目,大家都预算:moneybag:有限,用超级计算机太昂贵而个人电脑不知猴年马月才能算出结果。科学家就想了个办法,把一个巨大的任务切分成很多很小的运算任务,然后全球征集志愿者在他们的个人电脑上安装一个程序,这个程序在电脑空闲的时候运行,下载任务、运算、上传结果。

下面介绍其他一些有趣的项目,有感兴趣的吗:wink:

SETI

官网 :arrow_upper_right::通过使用射电望远镜来监听太空中的窄带无线电信号,期望从浩渺如烟的宇宙信号中搜寻智慧生命发出的信号。有些信号被认为是不可能自然产生的,如果能探测到这样的信号就可以证明地外文明的存在。项目还顺带搜索地外工程的证据,例如戴森球。

我们期望外星人发送的信号对他们来说最有效率而我们又容易探测到。如果将消息的能量集中在一个非常窄的频率区间(窄带)中,则信号更容易从背景噪声中辨别出来。这一点尤其重要,因为我们假设从遥远距离发送的信号抵达地球时会非常微弱。这类似于将收音机调至各种频道,如果信号强度上升,说明找到了一个电台。

另一个有助于排除本地(基于地球和卫星的)信号的因素是本地信号源或多或少是恒定的。而Arecibo望远镜是固定不动的并且不会跟踪星星,目标通常需要大约12秒才能漂移过望远镜。因此,我们希望在12秒的周期内地外信号会变强然后变弱。

RFI通常由电视,广播和卫星发射器产生:

窄带RFI 窄带RFI


宽带射频干扰也可能起源于地球,第二个例子就像本地大功率雷达开机造成的干扰:

宽带RFI 宽带RFI


由于不知道带宽将有多窄,因此我们将检查几个带宽处的信号。我们的外星朋友也极有可能把实际信息编码在信号中,则信号肯定会被脉冲化。一颗外星人的行星相对于地球静止的可能性很小,首先地球要自转并且围绕太阳做公转,而太阳围绕银河系中心旋转,地外信号发射器和我们的望远镜会有相对运动,从而产生多普勒效应。

窄带信号 脉冲窄带信号 多普勒效应下的窄带信号 多普勒效应下的脉冲窄带信号


下图是运行时的图形:

  • 第一行显示当前运算的进度,主要阶段有:
    • 基准线平滑:计算程序会对数据进行某种“平均”处理,以消除宽带噪声并将所有其他窄带信号降低(或升高)到一个通用的“基准”水平
    • 快速傅里叶变换(FFT):望远镜提供的是时域中的数据,就像一条随时间变化的正弦波,我们需要做频谱分析来找到哪些频率的信号较强。这里强烈安利一篇非常有趣的通俗易懂的文章——傅里叶变换的本质 :arrow_upper_right:
    • Chirping Data:去掉多普勒效应后再次做FFT
    • 搜寻高斯信号:12秒周期内信号是否逐渐变强然后变弱
    • 搜索脉冲和三重脉冲信号
  • 第二行是多普勒偏移率和频率解析度,由于不知道信号的相对速度,计算程序将尝试±50 Hz/s区间的多个偏移率

  • 第三行交替显示分析结果
    • 最佳高斯信号:power表示信号相对于上面计算的基准功率有多强;fit表示信号与理想高斯曲线的拟合程度(越低越好)。由于噪声有时可以随机模拟高斯信号,因此设置了一个阈值,power大于3.2并且fit小于10
    • 最佳脉冲信号:power表示脉冲相对于上面计算的基准功率有多强;period表示脉冲间隔的秒数;score大于1的将报告给服务器
    • 最佳三重脉冲:寻找三个等距脉冲,计算程序会查看高于特定阈值功率的每对脉冲然后在两个脉冲之间寻找一个精确居中的脉冲
  • Data info显示观测数据在天球中的位置,记录时间,数据来源(这次是Green Bank射电望远镜)以及2.5MHz带宽的中心频率

SETI


聆听太空的声音Space Sounds :arrow_upper_right:,可以从这里 :arrow_upper_right:下载桌面版,听听宇宙诞生的啼哭(大爆炸遗迹)、黑洞X射线喷射、船帆座(Vela)脉冲星密集的鼓点、太阳的心跳等非常有趣。但不知道怎么关掉讨厌的背景乐,桌面版的音频文件在解压目录的home\sounds下,可以单独播放出来听。

从宏观宇宙进入微观宇宙的旅行 :arrow_upper_right:很是震撼,一千万光年外看银河系到亚原子宇宙。

给天文爱好者的链接:SkyView网络虚拟望远镜 :arrow_upper_right: / STScI Digitized Sky Survey :arrow_upper_right:

这是一个被动搜寻项目,相当于竖起耳朵聆听。BSRC的立场是,在国际社会谨慎考虑过此类行动可能产生的巨大影响和后果之前,不应该故意向已知或未知的地外文明发送信号。(我就想问下先驱者和旅行者探测器携带的地球文明信息是怎么肥事?Arecibo向球状星团M13发射的信息是怎么肥事?虽然雨SETI无瓜)

有两种截然不同的观点来解释费米悖论

  • 地球殊异假说:相同的以尺度和机率的角度与视野来观察,地球属于适居带的行星,拥有且满足一切生物物种维持生命、生存和演化的所有条件,然而事实上从地球历史中的显生宙开始至今,在这长达五亿多年的岁月间和数百万的生物物种中,只有一个物种成功的演化成为高等智慧生命-“人类”,而非多种多元的高等智慧生物并存于地球上,这显示了在“相同条件”下,“高等智慧生命”并非如此的轻易出现和存在。换句话说,外星人几乎没有。但地球殊异假说有个问题是以人类来推演,外星文明的形态可能超出想象
  • 黑暗森林法则:成熟的文明都拥有和“藏好自己,做好清理”的本能。所以他们不会贸然出现,更不会暴露自己的位置。高级文明用初级文明理解不了的方式伪装隐藏自己,就算人类通过电磁波、引力波来探测也远远看不到真相

让我们用德雷克方程 :arrow_upper_right:来预估下星系文明数量,这里 :arrow_upper_right:是flash文件。

如果是类地行星我觉得较容易出现生命(10%或更高)但很难进化出智慧(0.1%或更低),一个物种延续很长时间也不一定进化出智慧比如恐龙,一旦进化出智慧早晚肯定会发展出通信技术。

预估结果是银河系内有10个文明,最近的离我们10000光年,浩瀚的银河系足够大,容得下众多文明:smiley:

外星接触带来无法预估的高风险,但人类好奇心最重。好奇心推动科技不断进步,好奇心也可能带来灾难,真是成也萧何败也萧何。

朝闻道,夕可死。

Einstein

官网 :arrow_upper_right::利用LIGO激光干涉引力波天文台,Arecibo射电望远镜和Fermi伽马射线卫星的数据,搜索来自旋转中子星(通常称为脉冲星)的微弱天体物理信号。

中子星——仅次于黑洞的能直接观测的致密天体,宇宙伟力竟能如此造物!

在恒星生命的末期,恒星的核心被压缩得如此之多,以至于其中的质子和电子结合成为中子(和中微子),产生的物体称为中子星。如果中子星的重量超过两个或三个太阳质量,它将进一步坍塌并形成黑洞。

整个恒星具有与原子核相当的密度,如果太阳的密度如此之大,它的直径将从1’392’000公里缩到小于30公里:scream:

中子星横截面


中子星具有非常强的磁场,沿磁力线加速的带电粒子发射不同波长的电磁辐射。该辐射沿着磁场轴成束成锥形,当中子星绕其自转轴旋转时,因为磁场轴通常相对倾斜于自转轴,辐射锥像灯塔的光束一样扫过天空。如果光束扫过地球,中子星将以脉冲星的形式出现。脉冲星自转周期从几秒直到几毫秒,这些自转周期高度稳定,因此它们是宇宙中最精确的时钟之一。

脉冲星从磁极发射无线电波(绿色)和从远高于表面的位置产生伽马射线(紫色)的艺术假想图 LAT看到的整个伽马射线天空,颜色代表强度


这个3D演示软件 :arrow_upper_right:可以探索具有脉冲星的双星系统的多普勒效应。黄线是磁轴,黄锥是沿磁极发射的两个聚焦的无线电波束,白线是自转轴。动画下方的图表显示了观察者(红线)在脉冲星旋转一周期间能测量到的无线电脉冲信号。

3D演示软件


但是从伽马射线脉冲星中找到周期性的脉冲非常困难,更不要说非常快的毫秒脉冲星。 对于一个典型的脉冲星,Fermi上的LAT平均每天仅检测到10个光子,所以必须分析多年的数据来检测周期性。

下图显示了已知的星座和引力波探测器在当前天顶的位置:

  • 蓝色L:LIGO Hanford天文台(美国华盛顿州)
  • 绿色L:LIGO Livingston天文台(美国路易斯安那州)
  • 红色L:GEO600(德国汉诺威)
  • 白色L:VIRGO(意大利卡希纳)
  • 灰色大圆点:Arecibo天文台(波多黎各)
  • 紫色点:已知的脉冲星,它们聚集在银盘中,主要朝向银河系的中心。 在天体南半球有两个小的脉冲星团,分别位于大小麦哲伦星云中
  • 深红色点:已知的超新星残骸,它们也聚集在银河系的中心
  • 橙色标记:代表天空中当前正被搜索的位置

天球


未来计划在太空中建造LISA,人类就能探测到10Hz以下的引力波,也就意味着LISA将能够探测到更大质量天体产生的引力波,例如星系中央的超大质量黑洞的合并:+1::+1:

有趣(无聊)的科学家开发了三个有点儿意思的游戏:

  • Black Hole Hunter :arrow_upper_right::在这个在线游戏里先听一段没有干扰的引力波信号,然后从4个有噪音的数据文件中找出包含该引力波信号的那个。反正我是完全听不出来
  • Black Hole Master :arrow_upper_right::类似乒乓球的单机游戏,黑洞是球拍,恒星是乒乓球。利用黑洞的引力和弹弓运动将接近的恒星甩向对家
  • Space Time Quest :arrow_upper_right::在有限的预算下设计自己的引力波探测器,看起来更复杂更有趣,还没时间仔细研究

Rosetta

官网 :arrow_upper_right::蛋白质的功能以及如何与其他分子相互作用很大程度上取决于其形状(三维结构)。进行蛋白质的三维构造研究,有可能最终发现治愈人类几大疾病的特效药。该项目可以帮助团队加速并拓宽研究思路,从而设计出新的蛋白质以抗击艾滋病、疟疾、癌症以及阿尔茨海默氏症(老年痴呆症)。

该项目的主要目标之一是预测自然界中蛋白质折叠成的形状。蛋白质是由氨基酸单体组成的线性聚合物分子,通常被称为“链”。氨基酸可以被认为是蛋白质“链”中的“节”。简单类比到金属链,当施加不同的外力时它可以具有许多各不相同的形状。例如,如果拉扯它的末端,则链条将伸展成一条直线,如果掉到地板上,它将呈现出独一无二的形状。

与由相同节构成的金属链不同,蛋白质由20种不同的氨基酸组成,每种氨基酸都有其独特的性质(例如,不同的形状,不同的吸引力和排斥力),并且氨基酸共同作用于蛋白质链上以使其具有特定形状,我们称之为“折叠”。氨基酸的连接顺序决定了蛋白质的折叠。有各种各样的蛋白质,其氨基酸的数量和顺序各不相同。

为了预测特定蛋白质在自然界中的形状,我们真正想做的是找到能量最低的折叠。能量由许多因素决定。例如,某些氨基酸相互吸引,因此当它们在空间上接近时,它们的相互作用为能量提供了有利的贡献。

Rosetta使用如下策略寻找低能量的形状:

  1. 从完全展开的链开始(就像被拉成直线的金属链)
  2. 移动链的一部分以创建新形状
  3. 计算新形状的能量
  4. 根据能量的变化接受或拒绝这次移动
  5. 重复第2到4步,直到链的每个部分移动了很多次

我们将其称为轨迹图。每个轨迹图都是唯一的,因为尝试的每一次移动都是由随机数确定的。

志愿者的计算机在每个工作单元通常会生成5-20个轨迹图,每个轨迹图中能量最低的形状将发送回服务器。所有计算机生成的所有低能量形状中能量最低的形状就是我们对该蛋白质折叠的预测。

配图说明:

  • Searching…框:显示对蛋白质链尝试的移动,蛋白质链从蓝色开始到红色结束
  • Accepted框:显示最近接受的一次移动
  • Low Energy框:显示当前轨迹图中能量最低的形状
  • Native框:显示已知的实验上确定的真实形状
  • Accepted Energy框:显示当前轨迹图中每个被接受移动的能量(x轴是轨迹图进度,y轴是能量)
  • RMSD框:均方根差显示当前接受的结构与正确答案的接近程度(x轴是RMSD,y轴是进度)
  • 右下角的最后一个框:绘制了每个被接受动作的能量和RMSD

预测蛋白质在自然界中的形状


World Community Grid

官网 :arrow_upper_right::推进有关健康,贫困和可持续性的前沿科学研究,包括寻找更有效的治疗艾滋,癌症,登革热以及一些被忽视的热带疾病的方法。

Microbiome Immunity Project

研究微生物因为我们体内数以万亿的细菌可能在疾病的发展中发挥重要作用,比如1型糖尿病。

Microbiome Immunity Project


Smash Childhood Cancer

为一些最常见的儿童期癌症寻找新的治疗方法。

Smash Childhood Cancer


OpenZika

寨卡病毒与严重的神经系统疾病有关,包括母亲在怀孕期间被感染的儿童先天缺陷。 一个国际研究小组正在搜寻急需的抗病毒药物来对抗寨卡病毒。

Help Stop TB

世界人口的三分之一拥有结核病细菌,在2014年150万人死于该疾病,使其成为世界上最致命的疾病之一。 帮助研究人员更多地了解这种疾病以及如何战胜它。

[email protected] - Phase 2

该阶段使用另一种模拟方法来仔细检查并进一步完善在第一阶段中筛选出来的候选化合物。最有希望的化合物才进入实验室进行真实实验,最大限度降低在实验室测试阶段浪费的时间和金钱。

具有所有组成分子的完整HIV病毒粒子模型


Mapping Cancer Markers

鉴定与各种类型癌症相关的化学标记就能尽早发现癌症,识别高危患者并根据患者的个人遗传特征来定制治疗方法。

Mapping Cancer Markers


列表 :arrow_upper_right:显示了已经完成的历史研究项目。

Quake-Catcher Network

官网 :arrow_upper_right::地震捕捉网络使用连接到计算机和智能手机的传感器来检测地震波。截图显示的是最近发生在内江的一次地震。

检测地震波


Asteroids

官网 :arrow_upper_right::太阳系包含几十万颗小行星,而且每天都新发现数百个。对大部分来说,我们只知道这个小行星的大小,对其他物理参数比如形状、自传周期、自传轴方向则一无所知。

通常小行星具有不规则的形状并且会自转,因此它们向观察者散射的阳光量会随着时间而变化,亮度随时间的变化称为光变曲线。 光变曲线的形状取决于小行星的形状,还取决于观察者和照明源的几何位置。

如果收集到足够多的在不同几何位置下观察到的光变曲线,那我们就可以通过光变曲线反转法重建小行星独一无二的物理模型。通俗的说,就像“最强大脑”里给选手看几张物体不同角度的剪影,反推出物体的形状。

小行星的光度测量数据来自专业的大型全天候观测站以及后院天文学家(哈哈~就是业余天文爱好者)。由于来自全天候测量的光度数据通常在时间轴上是稀疏的,因此不能从数据中直接“看见”自转周期,必须密集扫描一个广阔区间所有可能的自传周期。此外,为了揭示该方法中的偏差并重建小行星种群中物理参数的真实分布,有必要处理种群综合的大型数据集,这就极大地增加了计算时间。

这项研究主要是为了:

  • 理解整个太阳系的起源和演化
  • 预测小行星撞地球!小行星的热辐射会显著改变其轨道(雅可夫斯基效应),为了能够计算出热辐射如何影响轨道,必须知道物体的自旋以及一定程度上的形状

下面是计算出来的几个小行星形状例子

Massalia Massalia Echo Daphne


CAS

官网 :arrow_upper_right::由中科院高能物理研究所电子计算中心主办,主要的研究项目有:

  • 中科院计算机技术研究所(ICT)基于SCThead软件进行蛋白质预测的研究
  • 清华大学微纳米力学和跨学科创新中心(CNMM)在纳米级上模拟研究液体的流动与固体的运动
  • 中科院北京基因组研究所用于癌症研究中的基因测序
  • 中科院高能物理研究所(IHEP)基于BOSS软件模拟正负电子对撞机的粒子对撞

但现在没有待分发的计算任务。

Cosmology

官网 :arrow_upper_right::通过搜索一系列与最前沿的宇宙学和粒子物理学数据相符的理论模型来更好地理解我们的宇宙。

超星系团是宇宙的神经元,树突和轴突全具备,通过引力场构成神经网络,宇宙就像巨人的大脑在发育、在成长。

宇宙在思考!Ta在思考什么呢?然而就像红细胞生活在血液里,但不知道血液系统的意义,更不知道人在干什么!

这是我“朴素的想象”:laughing:

Cosmology


DENIS

官网 :arrow_upper_right::通过心脏电生理模拟,研究心脏细胞的电活动。

电生理模型是研究正常或病理条件下细胞电活动的强大工具,还可以帮助预测药物在心脏和脑细胞中的作用。 这些模型非常复杂,需要多次模拟(调整条件或模型参数)所以计算量很大。

现在也没有计算任务。

DENIS


GPUGRID

官网 :arrow_upper_right::致力于生物医学研究,通过NVIDIA显卡(GPU)进行分子模拟来了解蛋白质在健康和疾病中的功能。

  • Cancer:揭示癌症的耐药性和细胞信号通路故障的机制
  • HIV/AIDS:模拟HIV关键蛋白质之一——蛋白酶的催化作用,这是对HIV感染进程建模的第一步
  • Neural disorders:研究在神经学上重要蛋白质的特征

GPUGRID


LHC

官网 :arrow_upper_right::通过模拟加速器并帮助改进LHC及其探测器的设计来推进粒子和加速器物理学

LHC


Milyway

官网 :arrow_upper_right::通过分析银河系银晕中的恒星来研究银河系的历史,这个项目也包括搜寻难以捉摸的暗物质。

数据来自Sloan数字化巡天(Digital Sky Survey)项目的观测数据,这是一个五色、深视场大天区巡天项目。

银河系中的许多结构实际上是潮汐碎片流或是被银河系强大引力场撕裂的矮星系。这些矮星系的轨道、形状和成份为我们研究银河系的形成历史和暗物质的分布提供了重要的线索。

银河系的模型主要包含四个成分:银河系盘,核球,恒星晕,暗物质晕:

太阳位置的扇形是Sloan的扫描区域


暗物质晕是所有银河系结构中最神秘的部分。从星系旋转曲线,到星系碰撞和暗物质模拟都强烈暗示着大质量的不可见物质围绕着银河系。

目前寻找暗物质的办法只能寄希望于引力。运用引力透镜效应,即当背景光源发出的光在超大质量天体附近经过时,光线会像通过透镜一样发生弯曲,天文学家可以通过研究引力透镜效应来研究引力场,这样就能勾画出暗物质在超大质量星系团中的存在,就如下图所显示的阿尔法星系团。

阿尔法星系团


但是这些星团离我们太远,无法看到细节部分。剩下的选择是轨道在银盘以外的银晕中的恒星,它们的轨道可以告诉我们银河系引力势的分布,因而可以得到质量的分布。但这些恒星也离我们太远,以至于看起来一点都没有移动。

潮汐流挽回了局面!这些星流是矮星系受到银河系引力吸积过程中残留下来沿着一定轨道运动的一组恒星或者星际介质。我们可以通过追踪星流的踪迹确定它们的运动方向,从而得到恒星的运动轨道,然后就可以确定暗物质的分布了。

该计算项目的主要目标就是为了在杂乱和浩瀚的银河系晕中理清出一条一条的星流。

N-body子项目主要是模拟矮星系被银河系吸积而撕裂的过程,这种撕裂常常会导致星流产生,如人马座星流。银河系大概在图片的中心。可以看到星系碰撞是异常惨烈的,对文明来说是灭顶之灾。但这个过程时间尺度太长,文明从诞生到毁灭对它来说只是一瞬间。

N-body


这篇科普文章 :arrow_upper_right:有详细介绍。

RNA World

官网 :arrow_upper_right::该项目的目标是系统地识别迄今为止所有已知生物的所有已知RNA家族成员。

细胞中的每种蛋白质都是由瞬时合成的信使分子(mRNA)产生的,然后mRNA被细胞组织识别并将mRNA的基本序列翻译成其相应的蛋白质(氨基酸序列)。

因此RNA不仅起信使分子的作用或者像tRNA一样执行构造功能,也可以像蛋白酶一样充当生物化学反应的催化剂。如今已经清楚的是,在人类细胞中发生的调节事件的主要部分可能就由miRNA控制。

包括其他功能,这些功能似乎可以在细胞发育过程中确保皮肤细胞成为皮肤细胞,而肌肉、肝脏或毛发细胞分化为肌肉、肝脏或毛发细胞,尽管所有这些差异很大的细胞类型的遗传物质(DNA)本质上是相同的。

最重要的是,似乎许多种癌症都伴随着甚至是由被感染细胞中的miRNA谱失控导致的。此外,已经发现疾病是由病毒携带miRNA修改目标细胞的调节网络导致的。

以上就是RNA研究如此重要的原因,但现在没有计算任务。

Universe

官网 :arrow_upper_right::该项目模拟数量众多的恒星演化。由于整个星系是由数十亿颗恒星组成的,通过这种方式我们就能够重现这种恒星种群的演化。所获得的广阔画面使科学家可以将结果与所有可获得的观测数据进行比较。如此大规模的比较远胜于在单个系统上进行。对整个恒星种群的调查不仅为我们提供了其演化的信息,还提供了多样性和统计的信息。这种方法称为种群综合分析。

志愿者的计算机将计算该系统从触发氦气合成开始直至形成致密物体的整个演化过程。

下面是天文学家能利用该项目研究的一些问题:

  • 超亮X射线源(ULX):ULX是非常强的X射线点状源。观测表明它们不是典型的恒星也不是活跃的星系核。我们已经知道将近500个ULX,但仍然缺乏有关其性质的知识。两种最可能的解释一个是假想的中等质量黑洞,一个是吸积率极高的独特致密物体,最近的观测偏向后者。像中子星和黑洞一样的致密物体在宇宙中无处不在,如果它们是ULX的引擎,则燃料就是吸积物。科学家们认为如此高的吸积率是不自然的,但是新模型却显示出相反的事实
  • 引力波:爱因斯坦在将近一个世纪前就根据广义相对论预言了这种奇特的信号,任何两个致密物体(例如两个黑洞或两个中子星)都应当发出这样的能被引力波天文台观测的辐射,主要的问题是缺乏观测样本。在方程中它们的存在清晰可见但直到现在没有探测到任何信号(这是指官网项目介绍写作之时,2015年9月14日LIGO首次探测到引力波,来自距离地球超过十亿光年的一个约36倍太阳质量黑洞与一个约29倍太阳质量黑洞的合并,合并的前一秒通过引力波释放了约3个太阳质量的能量,太阳重1.9891x10^30千克,每秒消耗4x10^9千克物质,就问你怕不怕:scream:。这次事件发生的时候地球上还是多细胞生命)。我们的模拟能提供对潜在观测样本高度真实的估计。本项目的StarTrack程序拥有成熟的致密物体形成模型,是进行此类计算并为观察者提供有价值提示的最佳工具
  • Ia型超新星:这种超新星爆炸对于宇宙距离刻度极为重要。多亏了他们,我们才得以估计宇宙的膨胀速度并计算出到遥远星系的距离。我们的代码由于能模拟每个双星复杂的演变过程,非常适合解决导致Ia型超新星的演变过程问题。此外,我们将提供许多有关成形率,供体类型等方面的信息也将能够测试研究人员提出的几种模型,甚至可以量化这种超新星对宇宙化学演变的影响

最后,该项目计划提供一个巨大的数据库,这将成为其他科学家的绝佳研究工具,我们将存储所有获得的有关恒星和恒星系统演化的数据。

Universe



:clock9:上次更新: 2020-02-06