Volunteer Computing

Wie das Handy der Corona-Forschung helfen kann

Ob die Suche nach Außerirdischen oder einer Heilung von Sars-CoV-2 - mit einem internetfähigen Laptop oder Smartphone kann sich jeder daran beteiligen. Hier erfahrt ihr, wie das funktioniert.
14.05.2020, 05:00
Lesedauer: 4 Min
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Von Simon Wilke
Wie das Handy der Corona-Forschung helfen kann

Durch die eigenen mobilen Endgeräte kann jeder Wissenschaftsprojekte unterstützen.

Weser Kurier Grafik

Es gibt viele Möglichkeiten, die Welt zu verändern, und manche davon funktionieren sogar, während man schläft. Was wie ein typischer Spruch aus einem Werbefilm klingt, ist in der Forschung tatsächlich längst Realität. Egal, ob die Arbeit an einer Behandlungsmöglichkeit von Sars-CoV-2, die Suche nach außerirdischem Leben in den Tiefen des Universums oder die Vorhersage langfristiger Klimaveränderungen – jeder kann sich mit einem internetfähigen Computer oder Smartphone daran beteiligen. Volonteer Computing, also freiwilliges Rechnen, nennt sich diese noch junge Form der Zusammenarbeit für die Wissenschaft.

Was es mit dem freiwilligen Rechnen auf sich hat, erklärt Christof Büskens vom Zentrum für Technomathematik der Universität Bremen: „In der Forschung gibt es Fragestellungen, die so umfangreiche und komplexe Simulationsrechnungen erfordern, dass sie auf normalen Supercomputern nicht gelingen würden, weil sie deren Rechenkapazität übersteigen.“ Deshalb setzen einige Forschungsprojekte auf einen anderen Ansatz: Freiwillige Helferinnen und Helfer können die Rechenleistung ihrer Endgeräte für Berechnungen zur Verfügung stellen. Büskens: „Man kann es sich so vorstellen, dass ein gewaltiger Datensatz in Häppchen unterteilt wird, die an Freiwillige ausgelagert und dort berechnet werden. Am Ende führt man die analysierten Datenhäppchen dann wieder zusammen.“

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Daten werden auf Teilnehmer verteilt

Eines der ersten Projekte, die auf diesem Prinzip aufbauten, war „SETI@home“, das die Universität Berkeley 1999 initiiert hatte, um mögliche Spuren außerirdischen Lebens im Universum aufzuspüren. Mit Radioantennen wurde der Nachthimmel abgesucht, die anfallenden Daten wurden im Anschluss portioniert und an die „SETI@home“-Gemeinde verteilt. Auf den privaten Computern wurde dann nach Signalen gesucht, die von der kosmischen Hintergrundstrahlung abwichen und nicht menschlichen Ursprungs waren. David Anderson, Informatiker und zuständig für das Projekt, spricht gegenüber dem Wissenschaftsmagazin „Spektrum“ von etwa 20 Milliarden Detektionen, also Signalen, die aus den Radioteleskop-Aufnahmen herausstechen (was allerdings nicht die Existenz außerirdischen Lebens beweist). Die Ergebnisse sollen nun in einem Wissenschaftsjournal veröffentlicht werden.

So wie „SETI@home“ funktionieren mittlerweile etliche andere Volunteer-Computing-Projekte. Und die Idee ein riesiges Arbeitspensum zu portionieren und auf viele Schultern zu verteilen, existiert ebenfalls schon lange. „Das Verfahren kannten streng genommen schon die alten Ägypter“, sagt Büskens. „Als die Pyramiden gebaut wurden, wurden auch verschiedene Arbeitsschritte gleichzeitig, an verschiedenen Stellen vorgenommen und am Ende alles zusammengeführt.“ Bei „SETI@home“ sei der Ansatz aber „quasi aus der Not geboren, weil man wenig Geld zur Verfügung hatte und nicht ausreichend Rechenkapazität“.

Was braucht es also, um einen ganz persönlichen Beitrag zu verschiedensten Forschungsprojekten zu leisten? Die Antwort ist: nicht viel. Ein handelsübliches Smartphone reicht bereits aus. Noch besser seien aber sogenannte Gaming-PCs, sagt Büskens, denn die würden auch die Rechenleistung ihrer Grafikkarte zur Verfügung stellen. „Da wirken dann bis zu einer Million kleine Prozessoren zusammen, die einzeln zwar weniger leistungsstark wären, aber aufgrund ihrer Anzahl viel Leistung beisteuern können“, erklärt Büskens.

In der Regel reicht es aus, sich eine Anbieter-Software herunterzuladen und eins der zahlreichen Forschungsprojekte auszusuchen, die mit Volonteer-Computing arbeiten. Etliche findet man beispielsweise im Portfolio der Universität Berkeley unter https://boinc.berkeley.edu/. Über die Plattform BOINC, was für Berkeley Open Infrastructure for Network Computing steht, können 30 verschiedene Projekte unterstützt werden, von der Krebsforschung bis zur Untersuchung ungelöster mathematischer Probleme.

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Um die Leistungsfähigkeit seines Gerätes braucht man sich übrigens keine Sorgen zu machen. Die Anwendungen laufen im Hintergrund ab, und meist nur dann, wenn der Laptop oder das Smartphone mit einer Steckdose verbunden sind – also in der Regel über Nacht. „Das sind intelligente Systeme, die den Strom nur nutzen, wenn das Handy an der Ladestation angeschlossen ist, damit nicht der Akku leer ist, wenn man mal telefonieren möchte. Die Nutzungseinschränkungen sind minimiert“, sagt Büskens.

Und im Gegensatz zu früher halte sich auch der zusätzliche Stromverbrauch, der durch die zusätzlichen Berechnungen entsteht, in Grenzen. Wo sich vor einigen Jahren die Stromkosten noch in den hohen dreistelligen Bereich im Jahr summieren konnten, sind diese Kosten mittlerweile kaum noch ein Faktor. Büskens: „Bei der Nutzung von Smartphones fällt der Stromverbrauch kaum noch ins Gewicht. Das macht nur wenige Euro im Jahr aus.“

Schneller als 500 Supercomputer

Doch der Effekt einer Vernetzung von Smartphones und Laptops kann gewaltig sein. Und derzeit zeigt vor allem das Projekt „Folding@home“, das von der Stanford University ins Leben gerufen wurde, welche enormen Leistungen durch Volunteer Computing erbracht werden können. „Folding@home“ untersucht unter anderem die Faltung von Proteinen und unterstützt so neben der Forschung an Krebs, Alzheimer und anderen Erkrankungen auch die Suche nach einer Heilung des Coronavirus. Im April teilte die Initiative in einem Tweet mit: „With our collective power, we are now at ~2.4 exaFLOPS (faster than the top 500 supercomputers combined)!“ Durch das Prinzip des freiwilligen Rechnens soll also eine kombinierte Rechenleistung von 2,4 ExaFlops erzielt worden sein. Das entspräche einer Rechenkapazität, die schneller wäre, als die der derzeit schnellsten 500 Supercomputer der Welt zusammengenommen.

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Ist Volunteer Computing also die Zukunft der Forschung? Der Technomathematiker Büskens möchte das trotz der Potenziale ­dieses Ansatzes nicht abschließend mit einem Ja­ ­be­antworten. „Diese Möglichkeit dient vor allem der kurzfristigen Lösung von Problemen, die die stationäre Rechenkapazität über­steigen", sagt er. Für die Zukunft brauche es aber ein Hand-in-Hand mit langfristigen Lösungen wie der Verbesserung der Software, also der verwendeten Algorithmen. Trotzdem: Grundsätzlich sei das Prinzip des geteilten Rechnens eine geniale Idee. „Insbesondere bei der medizinischen Forschung finde ich das sehr schön“, sagt Büskens. „Die Menschen wollen helfen. Und so kann jeder Einzelne einen Beitrag dazu leisten.“

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