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Wissenschaftler aus England und Thailand setzen beim Kampf gegen die H1N1-Epidemie auf NVIDIA-Tesla-GPUs

High-Performance-GPU-Cluster werden zur Bekämpfung beim Entschlüsseln von medikamentenresistenten H1N1-Virus-Mutationen eingesetzt

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Tamiflu (oben rechts) nähert sich dem aktiven Zentrum des Grippe-Enzyms Neuraminidase
Tamiflu (oben rechts) nähert sich dem aktiven Zentrum des Grippe-Enzyms "Neuraminidase"

Hamburg, Deutschland, ISC 2012, 18. Juni 2012.-GPUs spielen in der Wissenschaft eine bedeutende Rolle und helfen dabei, neue Wege zu finden, um zukünftige Epidemien des tödlichen H1N1-Grippevirus zu verhindern.

Eine der größten Schwierigkeiten bei der Bekämpfung des H1N1-Virus war das häufige und schnelle Entstehen neuer Virus-Mutationen, die Anti-Grippe-Medikamente wie Tamiflu (Oseltamivir) und Relenza (Zanamivir) unwirksam machten.

Mittels Computersimulationen haben Forscher der Universität Bristol in Großbritannien und der Bansomdejchaopraya Rajabhat und Chulalongkorn Universität in Bangkok beobachtet, wie H1N1-Mutationen Veränderungen in der chemisch und biologisch strukturellen Dynamik eines Virus-Schlüsselenzyms verursachen. Dabei wurde zum ersten Mal deutlich, was für Resistenz-Mechanismen gegen bereits vorhandene Anti-Grippe-Wirkstoffe auftreten. Mit diesem Durchbruch wird es möglich sein, neue Wege bei der Entwicklung von Hemmstoffen einzuschlagen und deren Herstellung zu beschleunigen, um tödliche Verläufe zukünftiger Epidemien zu reduzieren.

Auf einem kleinen Cluster-System mit High-Performance NVIDIA-Tesla-GPUs lief eine fortgeschrittene Simulation einer AMBER-Molecular-Dynamics-Applikation.Das Forschungsteam entdeckte dabei den Resistenz-Mechanismus des H1N1-Virus doppelt so schnell und mit nur einem Fünftel der Serverkapazitäten im Vergleich zu einem rein auf CPUs basierenden Cluster.1

Ein detaillierter Artikel ist dazu in der aktuellen Ausgabe der Biochemistry.veröffentlicht worden.“Der 4-Node-8-GPU-Cluster erlaubt es uns, eine größere Anzahl an komplexen Simulationen schneller zu wiederholen als das früher möglich gewesen wäre“, sagt Dr. Christopher Woods, leitender Forscher des U.K. Wissenschaftsteams. „Wir können besondere Virus-Mutationen erforschen und detaillierte Bilder aufbauen, um die Schlüsselfunktionen bei Resistenz-Mechanismen zu identifizieren. Ein vergleichbares CPU-only-System mit 16 bis 24 CPUs hätte im Idealfall doppelt so lange gebraucht. Es wäre für unser Team nahezu unmöglich gewesen, das Cluster-System für die ganze Zeit zu beschlagnahmen, da Forscher anderer Universitäten seine Rechenkapazität ebenfalls benötigen.“

Nach dem Ausbruch der H1N1-Grippe in 2009, die mehr als 89 Millionen Menschen infizierte und bis zu 18.300 Menschen das Leben kostete, lieferten sich Forscher aus aller Welt ein Rennen, um herauszufinden, wie das mutierende Virus führende Anti-Grippe-Medikamente unwirksam machte. Allerdings erweist sich das Untersuchen von Viren in Laborversuchen als äußerst schwierig, da Versuchs-Reaktionen aufgrund ihrer Schnelligkeit und Empfindlichkeit kaum zu erfassen sind. Außerdem haben Forscher oftmals keinen Zugang zu fortschrittlichen Computer-Simulationen dieser Systematiken, da die nötigen leistungsstarken Supercomputer zu teuer sind.

“Bis jetzt war der Einsatz von Computer-Simulationen bei der Erforschungs- und Erkrankungs-Prävention von Wirkstoffen begrenzt, da große und teure Supercomputer die Voraussetzung waren, um das biologische System zu studieren“, sagt Sumit Gupta, Senior Director Tesla bei NVIDIA. „Heute ist ein kleiner und kostengünstiger Server, basierend auf GPUs, ausreichend, um Forschern den Zugang zu High-Performance-Systemen zu ermöglichen und wissenschaftliche Erkenntnisse in den eigenen vier Wänden zu gewinnen.“

Um mehr Wissenschaftlern einen Eindruck zu vermitteln, wie leistungsstark GPU-beschleunigte Forschung sein kann, hat NVIDIA ein GPU-Test-Programm ins Leben gerufen. Es versetzt Chemiker und Biologen, die auf hohe Rechenleistung angewiesen sind, in die Lage, Molekular-Dynamische Simulationen kostenlos auf einem ferngesteuerten GPU-Cluster durchzuführen.Um mehr darüber zu erfahren oder sich dafür zu registrieren, besuchen Sie die GPU-Test-Drive-Webseite.

Über NVIDIA-Tesla-GPUs
NVIDIA-Tesla-GPUs sind leistungsstarke Parallelbeschleuniger, die auf NVIDIAs Parallel-Computing-Plattform CUDA basieren. Tesla-GPUs sind von Grund auf für energieeffizientes High Performance Computing, computergestützte Naturwissenschaften und Supercomputing entwickelt. Sie ermöglichen eine deutlich höhere Beschleunigung für eine Vielzahl von wissenschaftlichen und kommerziellen Anwendungen als reine CPU-basierte Lösungen.

Weitere Informationen über NVIDIAs Tesla-GPUs finden Sie auf der NVIDIA-Webseite .Um mehr über CUDA zu erfahren, besuchen Sie die CUDA-Webseite.Für weitere News, Unternehmens- und Produktinformationen, Videos, Bilder und sonstige Informationen finden Sie unter www.nvidia.de/page/press_room.html.Folgen Sie uns auch auf Twitter (@NVIDIATesla).

Über NVIDIA
NVIDIA (NASDAQ: NVDA) hat durch die Erfindung des Grafikprozessors (GPU) im Jahr 1999 die Computergrafik revolutioniert. Heute setzt eine Vielzahl von Produkten auf NVIDIA-Prozessoren wie Smartphones bis hin zu Supercomputern. NVIDIAs Mobilprozessoren kommen in Mobiltelefonen, Tablets und Infotainment-Systemen im Automobilbereich zum Einsatz.  PC-Gamer schwören auf NVIDIA-GPUs, die für spektakuläre Spielewelten sorgen. Professionelle Anwender entwerfen mit ihrer Hilfe 3D-Grafiklösungen und visuelle Effekte für die Filmindustrie und Produkte wie Fahrzeuge, Gebäude oder komplette Landschaften. Darüber hinaus nutzen Forscher High-Performance-Computer mit NVIDIA-GPUs, um in der Wissenschaft neue Meilensteine zu setzen. Das Unternehmen hält weltweit über 5.000 Patente. Weitere Informationen finden Sie unter www.nvidia.de.

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1 The research team ran 10 simulations on the H1N1 mutations, which took approximately one month to complete vs. two months on CPUs.
2 Source: CDC.gov: http://www.cdc.gov/h1n1flu/estimates_2009_h1n1.htm