Jeder kennt die schaurig-schöne Visualisierung des Coronavirus  … doch wie sehen dessen Proteinstrukturen und Proteinbindungen wirklich aus? Welche bekannten Wirkstoffe könnten möglicherweise an diese Strukturen andocken? Gute Antworten auf diese Fragen können die Entwicklung von Therapien gegen Covid-19 deutlich beschleunigen. DESYs IT-Abteilung unterstützt diese hochaktuelle Forschung mit mehreren Projekten, indem sie Computerpower und Knowhow zur Verfügung stellen.

Ein wesentlicher Teil der Untersuchungen zum Coronavirus SARS-CoV-2 findet mittlerweile digital, in Computern statt. Dort werden die Interaktionen von verschiedenen Wirkstoffen mit den Proteinen des Corona-Virus simuliert, was viel Rechenleistung braucht. Es gibt sogar Projekte, die man mit dem eigenen Rechner unterstützen kann: Rosetta@home und Folding@home. Die Projekte haben gemeinsam, dass ein großes, komplexes Problem wie die Entschlüsselung von Proteinen in kleine Teilaufgaben zerlegt wird, die dann unabhängig voneinander auf beteiligte Computer verteilt werden. Das Resultat der Berechnung einer Teilaufgabe wird an den zentralen Server zurückübermittelt, der dann weitere Berechnungen steuert. Die Nutzer können ein konkretes Problem auswählen, und zur Zeit ist das beliebteste Problem die Entschlüsselung der Proteinstrukturen des Coronavirus.

Die Teilnahme an diesen Projekten ist freiwillig, und beitragen dürfen einzelne Laptops und Desktops bis hin zu Supercomputern. Aktuell übersteigt die Summe der angeschlossenen Computer die Rechenkapazität des stärksten Supercomputers der Welt um ein Vielfaches, das heißt, dass auf diese Art viel mehr Daten in kürzerer Zeit ausgewertet werden können und damit möglicherweise die Suche nach einem Medikament verkürzt wird.

Auch DESY beteiligt sich an diesen Aktivitäten. So laufen Rosetta@home und Folding@home in den großen Computersystemen in Hamburg und Zeuthen und haben im Monat April rund 3,5 Millionen CPU-Stunden beigetragen - das entspricht der Leistung von ungefähr 1200 Laptops, die einen ganzen Monat Tag und Nacht rechnen.

Die DESY- IT-Gruppen in Hamburg  und Zeuthen betreiben in ihren Rechenzentren leistungsstarke Computersysteme, die Teil der weltweiten Computing-Infrastruktur für die LHC-Experimente ATLAS und CMS sind. In Absprache mit den DESY-Gruppen der beiden Experimente wird auch ein Teil der dafür vorgesehenen Rechenleistung dem Folding@Home-Projekt zur Verfügung gestellt.

Ein von DESY betriebener Hochleistungsrechner, das Maxwell Cluster in Hamburg hat noch eine ganz besondere Rolle im Kampf gegen das Coronavirus: Hier läuft die Datenanalyse der bei PETRA III durchgeführten Experimente. Nutzer erhalten für diese Computing-Aufgaben priorisierten Zugriff.

Für die Auswertung der Messdaten wurden ungefähr eine halbe Million CPU-Stunden reserviert, vergleichbar mit etwa 200 Laptops, die einen ganzen Monat lang Tag und Nacht rechnen. Die Ergebnisse dieser Berechnungen sind in eine erste Vorveröffentlichung eingeflossen.

DESY stellt im Moment etwa 10 Prozent seiner Rechenleistung für Corona-Computing zur Verfügung. Die Computersysteme bei DESY bestehen aus mehreren Rechenclustern, die aus insgesamt 1600 Serversystemen aufgebaut sind. Die Rechenleistung wird von üblicherweise jeweils zwei Prozessoren (CPUs) erbracht, die selbst aus mehreren CPU-Kernen bestehen, um mehrere Rechenaufgaben parallel bearbeiten zu können. Die beteiligten DESY-Rechencluster haben insgesamt etwa 55 000 CPU-Kerne – was umgerechnet der Rechenleistung von 14 000 Laptops entspricht. Ein Teil der eingesetzten Serversysteme hat Grafikkarten-Prozessoren (GPU), die u.a. die im Corona-Umfeld relevanten Berechnungen besonders effizient und schnell erledigen können.