[블로그 기사 제출본] 분산 컴퓨팅을 활용한 코로나 19 백신 찾기 프로젝트 : 우리집 컴퓨터로 백신 연구에 기여한다면?

 

분산 컴퓨팅을 활용한 코로나 19 백신 찾기 프로젝트
: 우리집 컴퓨터로 백신 연구에 기여한다면?

 코로나19가 세계적으로 확산되면서 각국의 시선이 코로나19의 백신과 치료제 개발에 쏠려있습니다. 이에 지난 3월 15일, 미국 스탠퍼드 대학에 연구진들은 코로나19의 백신 개발을 위해 폴딩앳홈 프로젝트를 활용하여 전세계에 퍼져있는 자원봉사자와 함께 백신 연구를 시작한다고 발표했습니다.

 

그렇다면 폴딩앳홈 프로젝트는 과연 무엇이고 어떻게 백신 개발에 도움을 줄 수 있는 것일까요?

 

▲  폴딩앳홈

폴딩앳홈(folding@home)은 2000년 미국 스탠퍼드 대학교 비제이 S. 판데(Vijay S. Pande)교수에 의해 시작된 사회 공헌 프로젝트로, 단백질 역학을 시뮬레이션 하는 방법으로 인류가 살아가는데 큰 피해를 주는 여러 난치병과 전염병에 대한 연구와 치료용 신약 개발에 초점을 두고, 그리드 컴퓨팅 기법을 활용해 새로운 치료법을 개발해오고 있습니다.

 

그리드 컴퓨팅이란?

▲  그리드 컴퓨팅 방식을 표현한 그림

바이러스의 백신과 치료제를 만들려면 우선 바이러스의 단백질 구조를 분석해야 합니다. 이러한 백신과 치료제를 만들기 위해선 슈퍼컴퓨터를 이용해 고도화된 연산 작업을 거쳐야 하는데 폴딩앳홈 프로젝트를 처음 고안한 미 스탠퍼드 대학교 연구팀은 그리드 컴퓨팅 기술을 이에 접목했습니다.

 

『 그리드 컴퓨팅(grid computing)이란, 분산 컴퓨팅의 한 종류로 여러 군데에 흩어져있는 컴퓨터를 초고속 네트워크로 연결하여 계산능력을 극대화한 차세대 디지털 신경망 서비스를 말합니다. 』

 

만약, 100가지의 작업을 수행해야 하는데 하나의 cpu에서 처리하면 아무리 성능이 좋은 cpu를 사용해도 물리적인 한계가 존재하게 됩니다. 하지만, 여러 대의 CPU를 병렬로 연결해 분담하여 작업을 수행한다면 더 빠르고 효과적으로 100가지의 작업을 수행해 낼 수 있을 것입니다. 이것을 그리드 컴퓨팅이라 하고, 우리는 일상생활에서 흔히 이와 유사한 형태를 슈퍼컴퓨터라고 표현합니다.

 

 

폴딩앳홈의 원리

폴딩앳홈은 어떠한 원리로 백신을 찾는데 도움을 주는 걸까요?

 

▲ 단백질 (출처:foldingathome.org)

 

폴딩앳홈의 핵심은 단백질에 관한 연구라고 합니다. 단백질은 우리의 생명과 연관 지을 수 있는 많은 기능을 수행하는 분자 기계라고 할 수 있는데, 이들은 아미노산이라는 선형 화학 물질로 이루어져 있습니다. 이러한 아미노산은 다양한 경우에 접혀져서 작아져 보다 기능적인 구조로 바뀌게 되는데, 이때 단백질의 기능을 결정하는 성분이 배열되고 이동된다고 합니다.

 

바이러스 역시 우리의 면역체계를 억제하고 스스로 번식하기 위해 사용하는 단백질을 가지고 있어 이러한 과정을 거치면서 계속 변형이 일어나는데 바이러스를 막을 백신을 개발하기 위해선 이 바이러스성 단백질이 어떻게 작용하는지, 그리고 그것의 구조를 파악하여 취약점을 찾아내는 일이 가장 중요하다고 합니다.

 

▲  단백질 약물 결합 부위  /  취약점  ( 출처 :foldingathome.org)

그래서 단백질의 움직임 분석을 통해 취약점을 확인하기 위해 컴퓨터를 활용하여 시뮬레이션하는 작업을 거치게 되는데 이러한 과정에서 취약점이 발견될 확률은 복권을 사고 당첨이 되기를 기다리는 것과 같다고 합니다.

 

때문에 최대한 당첨될 확률을 높이려면 많은 양의 작업 공간이 필요하게 되지만, 작업에 소요되는 연산량이 방대하다 보니 결과적으론 일반적인 컴퓨터에서는 처리가 불가능해 일반인들이 자발적으로 기부한 PC의 CPU와 GPU(그래픽카드) 속 잉여공간에서 이러한 작업을 분할해서 수행합니다.

 

지금까지 폴딩앳홈의 성과

 

최근 기사 보도에 따르면 글로벌 분산 컴퓨팅 프로젝트 ‘폴딩앳홈’의 연산 능력이 2.4엑사플롭(exaFLOPS)을 돌파했다고 합니다. 이는 세계에 상위 500대 슈퍼컴퓨터의 합한 성능보다 더 높은 연산 처리 능력입니다.

( 1엑사플롭은 1초에 100경번의 부동소수점 연산을 처리할 수 있는 성능 )

 

▲  폴딩앳홈 공식 트위터

 

폴딩앳홈은 2000년부터 프로젝트로 암, 당뇨병, 파킨슨병, 루게릭병, 인플루엔자 등 많은 분야의 질병을 연구하고 있고, 지금까지 다양한 질병의 치료제와 백신 개발에 큰 도움을 주었습니다.

 

최근에는 에볼라 바이러스의 단백질 시뮬레이션을 통해 단백질 속에 약물이 침투가 불가능하다는 실험 결과를 깨고 약물이 작용할 수 있는 대체 구조물을 발견해내는데 성공했고, 현재는 이와 결합하는 약물을 찾는 과정을 진행 중에 있다고 합니다.

 

※ 폴딩앳홈의 연구 성과는 온라인 오픈소스 공유 플랫폼인 깃허브에 공개되며 인텔, 엔디비아, 기가바이트, 미국 질병통제예방센터, 마이크로소프트 등 세계의 다양한 기업과 기관의 후원을 받아 진행되고 있습니다.

 

 

폴딩앳홈에 참여하는 방법

 

폴딩앳홈 프로젝트에 힘을 보탤 수 있는 방법은 비교적 간단합니다.

 

▲  폴딩앳홈 홈페이지

폴딩앳홈 홈페이지(https://foldingathome.org/)에 접속하여 프로그램을 설치합니다.

 

▲  폴딩앳홈 시작화면

설치된 프로그램을 실행하게 되면 익명으로 참여할지 그룹에 속해서 닉네임을 등록할 것인지 선택을 할 수 있습니다.

 

▲  폴딩앳홈 동작화면

메인 화면을 통해 라이트, 미디엄, 풀 등 cpu점유율, 구동 조건에 대한 선택이 가능하며 스타트를 누르면 프로그램이 동작되면서 기부가 시작됩니다.

 

※ 해당 프로그램을 실행하면 컴퓨터를 사용하고 있지 않아도 동작하는 것과 같은 상황이 되므로 평소보다 많은 전기세가 부담될 수 있습니다. 만약 참여에 뜻이 있다면 사용에 지장을 주지 않도록 적절히 조율하며 프로그램을 가동할 것을 권장합니다.

 

이외에도 분산컴퓨팅 기술이 이용된 곳

 

분산 컴퓨팅 기술이 이용된 것은 이번이 처음이 아닙니다.

 

▲  세티앳홈  (SETI@home)

1999년 미국 캘리포니아 버클리 대학교에서 시작된 세티앳홈프로젝트(SETI@home)는 외계 지적 생명체를 탐구하는 목적으로 진행된 프로젝트로 지난 3월 31일 막을 내렸지만, 약 20년간 우주에서 수집한 전파를 분석해 외계인의 신호를 찾기 위해 노력했습니다.

 

또한 2002년부터 2010년까지 국내에서도 정보통신부의 지원 아래 한국과학기술연구정보연구원의 슈퍼컴퓨팅 센터를 중심으로 인터넷기반 분산컴퓨팅환경 구축사업 프로젝트인 코리아앳홈(korea@Home)이 진행되기도 했었습니다.

 

지금껏 다양한 분야에 활용되며 점차 발전해온 분산컴퓨팅 기술. 물리적한계의 극복을 위해 한 떄 절정의 인기를 얻었던 기술이지만, 그러한 프로젝트들이 시간이 지나며 하나둘 중단되고 있습니다. 하지만, 시대가 급속도로 발전해 나아가며 물리적 한계는 다시 늘어나고 있어, 다시금 그 존재감이 들어나게 될 때가 올 것이라 생각합니다.

 

▲ 폴딩앳홈으로 시뮬레이션한 코로나19 단백질 수용체 구조

 

흩어져 있으면 작은 물방울에 불과하지만, 하나둘 모이면 큰 강을 이루어 지형을 바꾸는 큰 힘을 내는 것처럼 만약 집에 놀고 있는 컴퓨터가 있다면 십시일반 모여 폴딩앳홈을 이루는 전 세계에 뿔뿔이 흩어져있는 슈퍼컴퓨터들 중 하나가 되어 백신개발에 힘을 보태보면 어떨까요?

 

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https://blog.naver.com/with_msip/221951632704

분산 컴퓨팅으로 백신 찾기! 우리 집 컴퓨터가 백신 연구에 기여한다면?