Illés József a StreamNovation Kft. ügyvezető igazgatója

A Prototípus, termék-, technológia- és szolgáltatásfejlesztés pályázati konstrukció célja, hogy támogassa a Nemzeti Intelligens Szakosodási Stratégiában megfogalmazott intelligens gyártás specializációt azzal, hogy a kis és közepes vállalkozások műszaki, technológiai fejlesztéseihez kiszámítható forrást nyújt. A konstrukció a fejlesztések két, piaci alapon nehezen finanszírozható fázisára koncentrál: a prototípusfejlesztésre és az ezek eredményeként létrejövő innovatív termékek, szolgáltatások és eljárások forgalomba hozatalára. A támogatások révén a tudományos eredményekből piacképes termékek és szolgáltatások jöhetnek létre, amelyek hozzájárulnak a vállalkozások versenyképességének, innovációs tevékenységének fokozásához.

A pályázati konstrukció egyik támogatást nyert indulója, a StreamNovation Kft. informatikai fejlesztésekkel foglalkozik. Egyetemi spin-off cégként jöttek létre és a számítógép grafikus kártyájára készített programokra specializálódtak. A legkülönfélébb felhasználási területekre fejlesztettek már algoritmusokat, de az utóbbi években a kvantumkémiai számítógépes modellezésre koncentrálnak, amellyel forradalmasíthatják többek között a gyógyszerkutatást is.

- A Pázmány Péter Katolikus Egyetem Információs Technológiai és Bionikai Karán, Roska Tamás akadémikus professzor vezetésével mindig is erős volt a masszívan párhuzamos informatikai rendszerek oktatása és gyakorlati alkalmazása. A számítógép grafikus kártyájára (GPU-ra) alapozott programozás mára megkerülhetetlenné vált - kezdi a StreamNovation Kft. történetét Illés József ügyvezető igazgató. - Erre a tudásra alapozva alapítottuk spin-off cégünket. A kiinduló ötlet az volt, hogy míg a processzorok (a CPU-k) sebességének növekedése lassul, addig a GPU-k fejlődésével az elérhető számítási sebesség még mindig exponenciálisan nő. Tehát ha utóbbiakra alapozzuk a szoftverek működését, akkor jelentősen meg lehet növelni a számítógépen futó programok sebességét. Ezért a StreamNovation, amelyet három informatikus PhD-hallgató, egy posztdoktor és én közgazdászként alapítottunk, a párhuzamos rendszereken belül is a GPU-ra fókuszál.

Már az első projektjeiknél megmutatkoztak a GPU-kban rejlő lehetőségek. Egyetlen számítógépben működő grafikus kártya el tudta végezni ugyanolyan gyorsan azt a feladatot, amelyre húsz processzor volt csak képes. A két számítási egység sebessége között azért van ekkora különbség, mert a grafikus kártyák egyszerre több ezer szálon képesek számításokat végezni, míg a CPU-k csak néhány magon képesek erre.

A sok számítási szál következménye az, hogy a GPU-ra írt programok munkaszervezésére több figyelmet kell fordítani. Nagymértékben befolyásolhatják ugyanis a keletkező program hatékonyságát az egyes munkafázisok apró technikai részletei. A GPU-programozók által ismert jelenség, hogy egy ránézésre azonos bonyolultságú képlet többszörös gyorsulást vagy lassulást eredményezhet. Ennek gyakori oka a GPU forráskód fordítóprogramjának technikai korlátai. Az ilyen problémák megoldására érdemes a GPU-ra készülő programokat speciális fordítótechnikákkal kezelni, amelyek több kontrollt adnak a programozó kezébe, ezáltal a hatékonyságot érintő mellékhatások jobban előreláthatók lesznek.

- Ennél is tovább mehetünk akkor, ha a gyakran használt típusfeladatokhoz tartozó kódokat - esetünkben a tipikusan nagy matematikai képletek kiértékelését – automatizáljuk – folytatja Illés József. - Ez a technológiai megközelítés az iparágat felforgató GPU-alapú deep learning-eszközök mögötti megoldások rokona, ezért harmonikusan illeszkedik a StreamNovation Kft alapításkori víziójába.

Jelenleg futó támogatott projektjükben új kvantumkémiai szoftvert fejlesztenek ki molekuláris szimulációkhoz, melyek segítségével a gyógyszercégek olcsóbban, gyorsabban és pontosabban azonosíthatják be a gyógyszerjelölt molekulákat. A gyógyszerfejlesztés részben azért rendkívül drága (egy-egy piacra jutó gyógyszer kifejlesztésének költsége a milliárd dolláros nagyságrendű lehet), mert a hagyományos módszerekkel rendkívül sok hatóanyagot kell megvizsgálni ahhoz, hogy néhány ígéretesre leljenek. E kiválasztási folyamatot azonban a modern informatikai eljárásokkal le lehet rövidíteni. Az algoritmusok és a gyors számítógépek már képesek arra, hogy digitálisan olyan pontossággal szimulálják a kémiai kölcsönhatásokat, hogy segítségükkel leszűkíthető az eséllyel hatásos vegyületek köre. Az erre alkalmas algoritmusok azonban rendkívül komplexek.

- A kifejlesztett programok nemcsak a gyógyszerkutatásban lesznek hasznosak, de az új anyagok kifejlesztésében, sőt a fotoszintézis mechanizmusának napelemekbe történő átültetésében is segíthetnek – teszi hozzá Illés József.

A projekt során a gyógyszerjelölt molekulák e szűrését fogják szoftveres eszközökkel támogatni, a céljuk egy olyan eljárás kialakítása, melyben több nagyságrenddel lehet csökkenteni a azon gyógyszermolekulák számát, amelyek hatását tényleges kísérletek során kell ellenőrizni. Ennek alapvető feltétele, hogy a szimuláció olcsóbb és jobb költséghatékonyságú legyen, mint a kísérlet, hiszen csak így térül meg az alkalmazása. E feltétel teljesülése a GPU-ra írt szoftverek elterjedéséig elméletileg is lehetetlen volt, a nagy számítási komplexitás miatt.

A kvantuminformatikai projektekben szerzett tapasztalatok is hozzájárulhatnak a StreamNovation hosszú távú céljának a megvalósításához, amely nem más, mint a kvantumszámítógép. Ez olyan módon kapcsolódik a korábbi projektekhez, hogy míg ott a molekulák, mint a szervezet biokémiai folyamatai befolyásoló eszközök (gyógyszerek) jelentek meg, addig a kvantumszámítógépben a molekulák mint számítóegységek vesznek részt. Tehát a molekulák, mint kvantumrendszerek szimulációját kell megvalósítaniuk a kísérletekkel megegyező pontossággal és jobb költséghatékonysággal.