Украинские ученые начали создавать масштабную компьютерную сеть для научных вычислений. Это позволит им принимать участие в крупнейших мировых экспериментах

Чтобы расшифровать геном риса на самом мощном в мире компьютере, необходимо восемьдесят лет. Именно столько времени машина будет анализировать информацию обо всех генах растительного организма. Но можно эти вычисления провести значительно быстрее. К примеру, упомянутый геном ученые расшифровали всего за пару месяцев. Для этого с конца прошлого века применяются огромные вычислительные сети, связывающие компьютеры исследовательских институтов по всему миру. Объединять свои ресурсы начали физики, биологи, медики, генетики, астрономы и астрофизики. Ученые уверяют, что такая же консолидация ждет и промышленность.

Эпоха создания локальных компьютерных систем, которые успевают устареть всего за несколько лет, уходит. Ей на смену пришла эпоха гридов — именно так называются мировые вычислительные сети. «Мы поняли, что создание такой сети в каждой стране становится стратегической задачей. Без грид-инфраструктуры государство уже не может претендовать на статус высокоразвитого», — говорит заведующий лабораторией грид-вычислений Института теоретической физики Евгений Мартынов. Специалисты этого учреждения одними из первых поняли, что Украине нужна собственная компьютерная сеть, которая станет частью мировой грид-системы. Ее создание началось три года назад, сейчас она охватывает несколько научно-исследовательских институтов страны и продолжает расширяться. В частности, благодаря ей украинские физики теперь могут участвовать в масштабных экспериментах по изучению рождения Вселенной.

По сети по миру

«О гриде я прочел в Интернете где-то в 2001–2002 годах. Заниматься этим более серьезно мы стали, когда в Европейском центре ядерных исследований (ЦЕРН, Швейцария), с которым мы постоянно сотрудничаем, эту систему уже начали внедрять, — вспоминает Мартынов. — Поскольку грид дает нам доступ к экспериментальным данным, позволяет поддерживать контакты с ЦЕРНом, а также участвовать в экспериментах, которые скоро должны начаться, мы решили, что и в Украине необходимо развивать эту технологию», — рассказывает Мартынов.

Об опытах ЦЕРНа знает весь мир. Уже несколько лет ученые пытаются экспериментальным путем получить новую форму состояния вещества — плазму, которая, как считается, заполняла Вселенную в первые микросекунды ее существования после так называемого Большого взрыва. Такое открытие позволило бы приблизиться к ответу на извечный вопрос: как же все-таки появились Вселенная и планеты? В ходе последних экспериментов удалось получить косвенные подтверждения существования плазмы, но наблюдать ее удавалось столь недолго, что доказать что-то наверняка оказалось невозможно.

Чтобы продолжить опыты по получению этого неизвестного до сих пор состояния вещества и изучить его свойства, ученые из более чем двадцати стран с нетерпением ждут завершения строительства в ЦЕРНе нового ускорителя частиц — самого мощного из всех существовавших (возможно, это произойдет уже в этом году). Его задача — разогнать элементарные частицы (протоны) на маленьких расстояниях и столкнуть на очень большой скорости. Проводимые в ЦЕРНе эксперименты требуют огромных ресурсов для обработки данных. Информацию о десятках тысяч частиц, которые рождаются при столкновении, невозможно обработать на обычном компьютере — его мощности для этого недостаточно. В среднем в секунду происходит 40 млн столкновений, а объем данных, полученных в ходе одного эксперимента, составляет 15–20 петабайт (1 петабайт — это 1 тыс. терабайт или 1015 байт). «В один терабайт умещается такое количество информации, которое содержится в книгах, выпущенных за год во всем мире. А тут только в результате одного эксперимента в тысячу раз больше данных. Где их хранить и как обрабатывать? Ведь для этого понадобится сто тысяч персональных компьютеров. Ни один компьютерный центр не в состоянии предоставить столько вычислительных ресурсов», — рассказывает Мартынов. Сейчас в вычислительном центре ЦЕРНа пять тысяч двухпроцессорных машин, на их дисках можно хранить шесть-семь петабайт. Поэтому и возникла идея объединить в единую сеть компьютеры всех лабораторий и институтов мира, которые имеют отношение к физике и заинтересованы в проведении этих экспериментов.

Чудеса на решетке

Впервые идея о создании грида (grid — решетка, power grid — электрическая сеть) возникла в 1997 году в США. Создание этой сети обходилось гораздо дешевле (ее основу составляют стандартные компьютеры промышленного производства), чем строительство суперкомпьютерного центра, состоящего из множества процессоров. Такие машины очень трудно модернизировать, а в этом случае они должны были бы быть настолько массивными, что сделать это вообще оказалось бы невозможно.

Если Интернет обеспечивает доступ к информации, то грид позволяет использовать вычислительные ресурсы компьютеров независимо от того, где находятся эти машины. «Грид работает так же, как электрическая сеть. Чтобы с его помощью провести расчеты, достаточно запустить задачу в Интернет, потому что все компьютеры связаны обычными сетевыми каналами. В начале система проверяет, имеете ли вы право ею пользоваться, а затем запускает задачу в систему. Она может решаться на компьютерах в США, ЦЕРНе или на Тайване, но вы обязательно получите ответ», — объясняет принцип работы грида Мартынов. В результате компьютеры, принадлежащие лабораториям и институтам, работают более рационально. «Грид — это объединение и использование простаивающих вычислительных ресурсов. Ночью машины, как правило, не задействованы, а при правильной организации это время можно потратить на вычисления. Это философия не наращивания, а использования ресурсов», — считает старший научный сотрудник лаборатории грид-вычислений Института теоретической физики им. Н. Боголюбова Сергей Свистунов.

Спустя десятилетие после возникновения грида его использование для научных целей получило широкое распространение. В результате даже появился новый термин — e-science (электронная наука). Сейчас Евросоюз финансирует крупнейшую программу EGEE (enabling grids for e-science in Europe)— создание грид-систем для европейской науки, в которой участвует 90 организаций. В 2004–2006 годах ЕС выделил на эту программу 100 млн евро, в ближайшие два года на ее финансирование будет направлено еще 140 млн евро. Эти деньги распределяются между участниками различных проектов, часть из них получат и наши ученые.

Большое внимание уделяется проблемам безопасности вычислений в грид-системе. Так, несколько лет назад исследовательская компания Gartner утверждала, что из-за недостаточной надежности сохранения информации свои данные в грид-систему запустят всего пять-десять процентов предприятий. Однако физики уверяют, что получить доступ к их данным в сети путем взлома или запуска вирусов не так просто. «Проблемы вирусов для нас не существует, потому что все компьютеры в гриде работают на операционной системе Linux или ей подобных, — рассказывает Свистунов. — Хакеры в эту отрасль пока не проникли.» Кроме того, вся обрабатываемая в гриде информация зашифрована. Даже специалист, случайно получивший доступ к данным экспериментов, не сможет их прочесть.

Для обработки экспериментальных данных ЦЕРНа создана мировая сеть из 90 тыс. компьютеров, включая 592 процессора украинского грид-сегмента. Уже несколько лет она работает в тестовом режиме. Однако чужие вычислительные мощности используют не только физики. К дополнительным ресурсам прибегают биологи, медики, синоптики, исследователи космоса. Эту технологию применяют промышленные консорциумы Boeing и Airbus при проектировании самолетов. Так что в будущем грид, возможно, повторит путь развития Интернета, ведь последний был создан исключительно для потребностей науки. Протокол www появился в ЦЕРНе в 1989-м, а впервые был реализован в 1990-м. Его придумали, чтобы ускорить обмен информацией между физиками, которые работают в различных уголках мира. Однако он быстро перешел в разряд коммерческих проектов и стал использоваться повсеместно.

Горизонты украинского грида

В Харьковском физико-техническом институте когда-то существовала экспериментальная школа, имелся и свой ускоритель. Однако после развала СССР все практические опыты сошли на нет и проводить эксперименты наши физики теперь могут только в составе международных организаций. Поэтому собственная грид-система станет для Украины пропуском в мировую науку. «Наш руководитель отдела как-то пошутил: ”Физика высоких энергий может умереть, а грид останется”», — вспоминает Мартынов то настроение, с которым начиналось создание отечественной гридинфраструктуры три года назад.

«Все начиналось с нуля: двух компьютеров, на которых мы тренировались, — рассказывает Свистунов. — Одну машину купил наш институт, другую выделил из своего вычислительного центра Киевский государственный университет им. Тараса Шевченко. Первую инсталляцию мы провели на университетской площадке в 2004 году. У них и связь была лучше, и специалисты имелись. Институт теоретической физики потратил на это двенадцать-пятнадцать тысяч гривен.»

Эпоха создания локальных компьютерных систем, которые успевают устареть всего за несколько лет, уходит. Ей на смену пришла эпоха гридов — мировых вычислительных сетей

Первые финансовые вливания в проект произошли в 2005-м благодаря поддержке депутата Верховной Рады академика Игоря Юхновского, который сразу оценил важность этой технологии. В результате институт получил из госбюджета миллион гривен на создание внутренней сети и вычислительного комплекса из восьми двухпроцессорных компьютеров. Было также установлено специальное программное обеспечение, позволяющее работать в грид-сети.

В 2006-м Национальная академия наук приняла концепцию развития грида в нашей стране, выделив под эту программу три миллиона гривен. Институт теоретической физики смог, наконец, провести оптоволоконный канал для доступа в Интернет и увеличить его пропускную способность с 256 кбит/с до 8 Мбит/с. В этом году на развитие этой технологии выделили еще три миллиона гривен, что позволило подключить к вычислительной сети компьютеры еще шести институтов. Сейчас в отечественной сети задействовано 592 процессора, которые могут обрабатывать 54 терабайта информации. Это в полтора раза превышает мощности российского грид-сегмента. Однако останавливаться на этом наши ученые не собираются: в следующем году за счет выделенных из бюджета средств к сети будут подключены еще десять научно-исследовательских институтов. Все это позволяет нашей стране включиться в основные европейские проекты, использующие вычисления в грид-системе. Сейчас в отечественной сети ежедневно решается около пятидесяти задач, присланных из различных точек мира. Чтобы сэкономить на Всемирной паутине, украинский гридсегмент собирается подключиться к европейской академической сети Интернет (GEANT), поскольку для входящих в нее институтов доступ бесплатный. Но для этого необходимо пройти некоторые процедуры, начиная с обращения в Кабинет министров и заканчивая принятием национальной программы развития гридтехнологий и ее финансированием.

Однако для участия в экспериментах лишь создания сети недостаточно. К примеру, чтобы присоединиться к проекту ЦЕРНа, нужны взносы в размере пять тысяч евро в год на группу из пяти человек. Из бюджета деньги на такие цели не выделяются. «Мы выкручиваемся как можем», — говорит Мартынов. Как правило, эти деньги возвращаются за счет распределения между участниками проектов средств, выделяемых Евросоюзом.

О полноценном членстве Украины в ЦЕРНе, куда входят 20 стран, речь пока не идет. Для этого ежегодно необходимо платить взносы в размере нескольких миллионов евро. Даже Россия, где проводятся собственные эксперименты, не является полноправным участником этого объединения. Однако в отличие от Украины в РФ уже принята специальная программа развития грида, на которую государство в этом году выделило два миллиона евро.

Грид-технологии — основа науки будущего

Система для вычи
Сделай сам - своими руками мастерим для дома, для семьи.


Похожие записи:
  1. В отличие от украинских здравниц турецкие отели готовы не повышать цены и пожертвовать частью прибыли, чтобы не потерять симпатии наших соотечественников
  2. Многолетняя стратегия развития, умеренность в расходах и готовность шаг за шагом идти к поставленной цели помогают средним частным компаниям Германии быть влиятельными игроками в глобальной экономике
  3. Экономику, основанную на знаниях, без эффективной защиты интеллектуальной собственности построить невозможно
  4. В изучении обоняния ученые делают лишь первые шаги. Но даже на фрагментарном знании этой самой древней и изощренной рецепторной системы можно делать новые продукты и зарабатывать деньги
  5. В Британии в ближайший год откроются полтора десятка новых казино, включая мега-казино в Манчестере. Минфин страны рассчитывает на пополнение бюджета, критики же предрекают социальные проблемы