Мир стоит на пороге новой компьютерной революции: на смену Интернету идет суперсеть — грид, которая позволит использовать вычислительные сверхмощности в режиме удаленного доступа

XXI век, возможно, станет эпохой массового внедрения грид-технологий. Счастливое человечество стоит на пороге очередной компьютерной революции, в результате которой произойдет трансформация привычного для нас сегодня WWW (World Wide Web — Интернета) в WWG (World Wide GRID — Всемирную гридсеть). Магическая грид-среда, способная виртуализировать процессоры, память и коммуникации, обещает превратить все компьютерные ресурсы мира в своего рода гигантский мультипроцессор, обладающий практически неограниченными вычислительными возможностями. Информатизация сегодня выходит на четвертый этап своего развития. Первый был связан с появлением больших компьютеров (мейнфреймов), второй — с персональными компьютерами, третий — с появлением Интернета, объединившего пользователей в единое информационное пространство. Первое же десятилетие XXI века, по мнению многих специалистов, знаменуется началом перехода на новые грид-технологии.

Впрочем, конкретные формы и механизмы этого «великого перехода к WWG» пока еще четко не определены. Среди апологетов грид-технологий до сих пор нет единства взглядов относительно того, будет ли WWG создан на базе уже существующих интернет-мощностей или же вообще «в чистом поле» — как универсальная система эмуляции персональных компьютеров, пользователям которой не потребуется ни полнофункционального компьютера, ни собственного программного обеспечения. Масса нерешенных вопросов остается и в области стандартизации протоколов, интеграции разнородных вычислительных ресурсов, обеспечения безопасности хранения и передачи данных.

Суперкомпьютер из розетки

Грид-компьютинг начал формироваться прежде всего как интегратор вычислительных ресурсов для решения различных «ресурсоемких» научных задач. Идея более эффективного использования вычислительных мощностей путем соединения множества компьютеров в единую структуру возникла в научном сообществе сравнительно давно — в эпоху мейнфреймов (больших ЭВМ). Уже в 80-е годы ученые (прежде всего физики-ядерщики) для решения сложных математических задач пытались комбинировать друг с другом различные рабочие станции и использовать свободные центральные процессоры для сокращения времени обработки. В 1994 году стартовал проект создания Всемирной компьютерной сети GLORIAD (аббревиатура от Global Ring Network for Advanced Application Development, Глобальная кольцевая сеть для развития прикладных исследований) — волоконно-оптического кольца в Северном полушарии, объединяющего вычислительные ресурсы различных научно-исследовательских организаций США, Канады, Европы, России, Китая и Южной Кореи (опять-таки главным образом физических центров). Тем не менее формально авторами концепции грид считаются Ян Фостер из Арагонской национальной лаборатории Чикагского университета и Карл Кессельман из Института информатики Университета Южной Калифорнии. Именно Фостер и Кессельман в 1998 году впервые предложили термин grid computing для обозначения универсальной программно-аппаратной инфраструктуры, объединяющей компьютеры и суперкомпьютеры в территориально-распределенную информационно-вычислительную систему. Согласно их ставшему уже классическим определению, «грид (grid) — согласованная, открытая и стандартизованная среда, которая обеспечивает гибкое, безопасное, скоординированное разделение ресурсов в рамках виртуальной организации».

Термин grid computing был введен по аналогии с термином power grid (электросеть).

Пользователи компьютерных мощностей получат возможность прямого подключения к удаленной вычислительной сети (так же, как к электроэнергии через бытовые розетки), не озадачиваясь вопросом, откуда именно приходят требуемые для работы вычислительные ресурсы, какие для этого используются линии передачи и т. п.

Основные ресурсные элементы гридсистем — суперкомпьютеры и суперкомпьютерные центры, а важнейшая инфраструктурная составляющая — высокоскоростные сети передачи данных.

Суперкомпьютеры, не объединенные в территориально-распределенную систему, обладают как минимум тремя существенными недостатками. Во-первых, это очень дорогостоящая техника, которая быстро морально устаревает (суперкомпьютеры из первой сотни рейтинга Top-500 уже через два-три года, как правило, оказываются в самом хвосте этого списка или вообще выпадают из него). Во-вторых, это «статичность» вычислительных мощностей суперкомпьютеров, которые практически не поддаются серьезной модернизации, зачастую она не позволяет использовать их для решения задач нового уровня сложности. И, наконец, третий «большой минус» — низкий КПД суперкомпьютеров вследствие неравномерности загрузки CPU.

В идеале от этих недостатков можно избавиться при объединении суперкомпьютеров в грид-сеть. Однако для эффективной эксплуатации грид-систем вначале необходимо прийти к консенсусу в сфере стандартизации (определение стандартов сервисов, интерфейсов, баз данных и т. д.).

Распределение вычислительных сред

Авторы идеи грид-компьютинга Фостер и Кессельман стояли и у истоков разработки первого стандарта конструирования грид-систем, свободно распространяемого программного инструмента с открытым кодом Globus Toolkit.

Для дальнейшего развития Globus Toolkit в 1999 году была создана специальная организация Global Grid Forum (GGF), в которую наряду с академическими организациями вошли многие производители компьютерных систем и программного обеспечения.

В 2002 году GGF и корпорацией IBM в рамках версии Globus Toolkit 3.0 была представлена новая системная разработка Open Grid Services Architecture (OGSA), инкорпорировавшая в грид-понятия и стандарты веб-сервисов. В этой архитек-туре грид-сервис определяется как специальный тип веб-сервиса, благодаря чему становится возможной работа с ресурсами грид на базе стандартных интернетпротоколов.

В настоящее время адаптацией Globus Toolkit к своим основным продуктам, использующим технологию бизнес-вычислений, активно занимаются ведущие игроки компьютерного рынка, в частности, та же IBM и два кита ERP-технологий, Oracle и SAP

В то же время помимо наиболее популярного сегодня проекта Globus параллельно разрабатываются и другие гридстандарты — например, Legion, Condor и Unicore. Так, в 2004 году у GGF появился новый серьезный конкурент — консорциум Enterprise Grid Alliance (EGA), в который в числе прочих вошли такие «монстры», как Fujitsu Siemens Computers, Hewlett-Packard, Intel, NEC, Oracle, Sun Microsystems, EMC.

Причем если основной задачей GGF была выработка требований к грид для производителей ИТ-решений, то EGA изначально была «заточена» под удовлетворение запросов корпоративных пользователей.

В конце июня 2006 года GGF и EGA, которые успели порядком испортить друг другу нервы, официально объявили о своем слиянии и создании открытого Форума по распределенным вычислениям (Open Grid Forum, OGF). Как отметил президент и исполнительный директор OGF Марк Линеш, ранее занимавший пост председателя совета директоров GGF, «этот шаг позволит консолидировать сообщество сторонников идей грид и более эффективно сотрудничать с основными участниками этого рынка в разных странах. Мы сможем выступать единым фронтом во всех вопросах, связанных с разработкой и внедрением грид и распределенных вычислительных сред».

Разумеется, это счастливое слияние еще не означает, что всеобщая стандартизация грид-технологий — теперь дело решенное. Одной из серьезнейших преград на пути победоносного распространения грид-сетей была и остается традиционная модель лицензирования ПО, согласно которой клиенты платят в зависимости от числа процессоров, на которых работает приложение. Грид фактически уничтожает эту модель, так как внутри грид-сети ни один центральный процессор не имеет устойчивой связи с определенным приложением. До сих пор ни один поставщик ПО открыто не объявил о намерении изменить свою модель расчета цены с учетом новой специфики grid computing.

Еще один «провисающий» элемент глобальной грид-конструкции — практически полное отсутствие стандартизации коммерческого программного обеспечения грид. Дело в том, что одна из характеристик ранних приложений для grid computing (используемых в научных вычислениях) — независимость одной выполняемой задачи от результата решения другой. Например, в больших грид-приложениях для сложных математических расчетов вычисления разбиваются на независимые части, которые в любое время могут быть «сложены». Однако многие корпоративные приложения жестко зависимы: одно вычисление или процесс не может продвигаться до тех пор, пока не закончится другое.

Google позиционирует себя как универсальную систему доставки приложений на любое устройство в любой точке мира По мнению Яна Фостера, «подходы на основе открытых стандартов (подобные Globus Toolkit) в конечном счете превратят грид в господствующее направление развития корпоративных информационных инфраструктур», но давать точные прогнозы относительно времени наступления этого «корпоративного ИТ-перелома» эксперты пока не рискуют.

Поиски внеземного разума

Намного успешнее продвигаются гридтехнологии в научно-образовательной сфере, что в значительной мере объясняется активной финансовой поддержкой разнообразных грид-проектов государственными структурами.

Грид-сети сегодня используются в самых разных фундаментальных научных исследованиях и проектных работах. Эволюция протопланетного вещества, планет и Земли, геномика и протеомика, общее метеорологическое прогнозирование и прогноз различных стихийных бедствий (цунами, землетрясений, извержений вулканов), моделирование и анализ экспериментов в ядерной физике, ядерное оружие, нанотехнологии, проектирование аэрокосмических аппаратов и автомобилей т. д. — наверное, скоро проще будет назвать научную дисциплину, где суперкомпьютеры и распределенные вычисления еще не применяются.

Поэтому далее мы ограничимся лишь перечнем наиболее серьезных грид-проектов, уже осуществленных за последние несколько лет или находящихся в стадии реализации.

В 2001 году в США стартовал проект TeraGrid, финансируемый Национальным научным фондом науки (NSF), основной задачей которого стало создание распределенной инфраструктуры для проведения высокопроизводительных (терафлопных) вычислений.

В мае 2004 года Европейским союзом был создан аналог американской TeraGrid — консорциум DEISA (Distributed European Infrastructure for Supercomputing Applications), частично финансируемый в рамках программы 6th Framework, который объединил в грид-сеть ведущие национальные суперкомпьютерные центры ЕС. В конце марта 2004 года завершился трехлетний проект European DataGrid (EDG), в рамках которого была построена тестовая инфраструктура вычислений и обмена данными для нужд европейского научного сообщества.

На основе этих наработок был начат новый международный проект организации высокопроизводительной грид-сети Enabling Grids for E-sciencE (EGEE), который выполняется под руководством швейцарского ЦЕРНа (Европейского центра ядерных исследований, Женева) и финансируется Европейским союзом и правительствами стран-участниц. В настоящее время в проект входят 70 научных учреждений из 27 стран мира, объединенных в 12 федераций. В рамках этого проекта должен быть построен самый крупный в мире грид с суммарной вычислительной мощностью 20 000 CPU.

Ведущая роль ЦЕРНа определяется тем, что в 2007 году там планируется запуск крупнейшего в мире ускорителя элементарных частиц (LHC, большого адронного коллайдера), который будет источником огромного объема информации. Создающаяся в первую очередь под LHC новая компьютерная инфраструктура должна будет обеспечить эффективную обработку информации, ожидаемый среднегодовой объем которой оценивается в 10 петабайт (1 петабайт = ~10 в 15 степени байт). Задача EGEE, однако, далеко не ограничена ядерной физикой и состоит в том, чтобы реализовать потенциал грид и для многих других научно-технологических областей. Так,


Похожие записи:
  1. Десятилетняя годовщина азиатского финансового кризиса напомнила странам Азии, что у них теперь совсем другие проблемы — необходимость обеспечить энергобезопасность, противодействовать терроризму и стихийным бедствиям, а также выработать приемлемую для всех модель региональной интеграции
  2. Украина обладает значительными запасами скандия — одного из самых перспективных для промышленного внедрения редкоземельных металлов. Сплавы с его добавлением его станут уникальным конкурентным преимуществом нашей страны, не только в высокотехнологичных отраслях, но и в производстве потребительских товаров
  3. Нобелевская премия по экономике за 2007 год стала пятой в истории, присужденной за исследования в области теории игр и принятия решений
  4. Rio Tinto приобретает одного из крупнейших производителей алюминия — канадскую Alcan. Заставить англо-австралийскую майнинговую компанию потратить на второстепенный для нее бизнес десятки миллиардов долларов могла только уверенность в блестящих перспективах алюминиевого рынка
  5. За 3,3 млрд долларов человечество узнало, что на Титане текут метановые реки и идут углеводородные дожди.
  6. Новая программа NASA -- это создание новых челноков для освоения Луны и Марса, ремонт телескопа Хаббл и временный отказ от исследования дальних планет
  7. CeBIT показал, что цифровой стиль жизни становится тотальным, всеобъемлющим и, что особенно важно, — доступным. Теперь цифровые устройства настигнут вас всюду