Folding@Home

Folding@home（简称FAH或F@h）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工程。由斯坦福大学化学系的潘德实验室（Pande Lab）主持，于2000年10月1日正式引导。Folding@home现时是世界上最大的分布式计算计划，于2007年为吉尼斯世界纪录所承认。2004年3月8日，研究基因结构的Genome@home（英语：Genome@home）计划终止，并入Folding@home。Folding@home专注于精确地模拟蛋白质折叠和错误折叠的过程，以便能更好地了解多种疾病的起因和发展，包括阿兹海默症、亨廷顿舞蹈症、牛海绵状脑病（疯牛病、疯牛病）、癌症和囊胞性纤维症。到当前为止，Folding@home 已成功模拟5—10微秒的折叠过程，超出先前估计可模拟的时段数千倍。很多研究蛋白质结构的论文，都有引用这个计划的成果。伊利诺伊大学香槟分校在2002年10月22日发表的报告证实，该计划采用分散模拟方式，所得出的结果是准确的。亨丁顿舞蹈症起因于第4对染色体异常，病发时会无法控制四肢，就像手舞足蹈一样，并伴随着智能减退，最后因吞咽、呼吸困难等原因而死亡。成骨不全症，又称脆骨症，是一种先天性遗传疾病，男女性患病的比例大约相同。这种疾病会造成第一型胶原纤维缺陷，使骨骼忍受外力冲击的能力较正常人差，即使是轻微的碰撞，也会造成严重的骨折，因此这类的病患被称为“玻璃娃娃”或“玻璃骨”。彭德实验室正利用Folding@home对一些病毒进行研究，对象包括流行性感冒病毒、人类免疫缺陷病毒（HIV）等，以查找阻止病毒进入细胞的方法。历史上全球曾多次出现高死亡率的周期性流感疫潮，其中1918年的西班牙流感导致全球近一亿人死亡。当病毒感染细胞时，会发生“脂质双层融合”（Lipid bilayer fusion/membrane fusion），其蛋白质会与细胞的蛋白质进行对接，过程之后或能进入细胞，或自我裹在细胞膜内。2020年2月27日，Folding@home发布新的计算程序以研究2019-nCoV病毒。Folding@home和另一个分布式计算计划Rosetta@home都做和蛋白质相关的研究，导致公众常常把两者的目标混淆，或不知道应该参加哪个计划。为此，Folding@home的管理者、潘德实验室的领导人费积·潘德（英语：Vijay S. Pande）教授解说道：Folding@home并不依靠强大的超级电脑进行计算，反而主要的贡献者是成千上万的个人电脑。每部参与的电脑都安装了一个在后台运行的客户端程序，在系统不忙碌的时候调用中央处理器运行模拟工作。现时世界上绝大部分的个人电脑，在一般的情况下都很少用尽本身的计算能力。Folding@home就是使用这些本来都浪费了的运算力量。Folding@Home的客户端会定时连接设于斯坦福大学的服务器去获取“工作单元”（work units），即一种存有实验数据的数据包，根据实验数据进行计算。每个工作单元计算完成后，再传回服务器。Folding@home的客户端利用了经修改的TINKER（英语：TINKER）、GROMACS、AMBER及CPMD（英语：CPMD）这四款分子模拟程序进行运算，并会在许可的情况下作出优化，以把运算速度加快。这四款模拟程序也被修改成多个不同版本，供多款作业平台使用，每款程序的变体会以编号“Core xx”作分类。Folding@home Console version是Folding@home的命令行接口版本，由史丹佛大学化学系的潘德实验室主持，于2000年10月1日正式引导，可精确地模拟蛋白质折叠和错误折叠的过程，以便能更好地了解多种疾病的起因和发展，Folding@home当前是世界上最大的分布式计算计划。要快速运算蛋白质的折叠效应，得需以高浮点运算能力的处理器进行，GPU具备强大浮点运算性能的优势，Folding@home方面也着手开发供GPU使用的程序，把作业交给GPU运算。2006年10月2日，Folding@home公开发行供Windows系统使用的GPU测试版本，测试期间收到由450颗ATI X1900 GPU提供的31 TFLOPS运算性能，每颗显核平均运算运力为一颗传统CPU的70多倍。至2008年4月10日，第二代Windows GPU公开测试版推出，新版本支持ATI/AMD HD2xxx及HD3xxx系列，不用再透过DirectX接口与显示核心沟通，并支持多GPU核心。供NVIDIA GPU使用的版本则利用CUDA技术，就可以使到GPU可以进行蛋白质折叠运算。NVIDIA官方表示，只需全球0.1%支持CUDA的显卡进行运算，性能就可以达到7PFLOPS，远超过超级电脑的计算水平。现时已推出供激活CUDA的NVIDIA GPU使用的公开测试版本。索尼已加入Folding@home计划，从PS3的1.6版本固件开始，支持该项目科学运算。由于PS3使用了Cell处理器，能提供强大的运算性能。当PS3闲置时，就会引导运算程序，计算蛋白质的折叠效应，利用结果去研究各种疑难杂症。当CELL处理器运算时，NVIDIA的RSX显核就会提供立体的蛋白质折叠实时图形展示。该图形展示效果不错，支持1080p输出，还有HDR效果。用家可利用手柄来控制观赏角度。PS3曾经为Folding@home提供最多的运算能力，随着供NVIDIA GPU使用的软件推出，NVIDIA GPU取代了PS3，成为了Folding@home的主力。截至2008年9月初，参与的PS3游戏机为该计划提供1,200多TFLOPS的运算能力，占总数近35%。随着更多不同款式的多核处理器陆续推出，支持多核心的软件也越来越多，Folding@home也加入支持对称多处理机（SMP），希望借此增强软件的运算能力。透过利用MPI，软件可同时使用多个内核进行运算。支持SMP的Folding@home于2006年11月13日推出供x86-64 Linux及x86 Mac OS X运行的beta测试版本，现时也已推出供Win32使用的试版本，而供32位Linux运行的版本则仍在开发中。一台PlayStation 3游戏机的标称功率为380W，由于Folding@Home是设计供CPU使用，因此会造成主机功耗达100%。但根据斯坦福方面有关PS3主机的常见问题，指出每台主机“在运行该程序时，其估计功率约为200W左右”。截至2008年5月底，共有51,000多台PS3主机为该计划提供1,400多TFlops的运算能力，每台PS3平均提供近30,000MFlops，以史丹福的每台主机200W输出（使用90nm制程的处理器）估计，每瓦输出提供150多MFlops。随着PS3的Cell处理器改用更微细的65nm及45nm制程，处理器的功耗会进一步下降，其每瓦输出提供的运算的能力也会提高。取决于PC本身CPU最大能耗以及计算程序设置。