Перспективы грид-технологий
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 грид-сеть). 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.
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). Россия присоединилась к этому проекту в 1996 году, ее представляют Российский научный центр "Курчатовский институт" и Российский НИИ развития общественных сетей.
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 грид-систем - 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.).
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 архитектуре грид-сервис определяется как специальный тип веб-сервиса, благодаря чему становится возможной работа с ресурсами грид на базе стандартных интернет-протоколов.
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 грид-стандарты - 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 попортить друг другу нервы, официально объявили о своем слиянии и создании открытого Форума по распределенным вычислениям (Open Grid Forum, OGF). Как отметил новоиспеченный 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.
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.
Намного успешнее продвигаются грид-технологии 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 15 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, в ближайших планах руководства проекта создание отдельного биоинформационного "грид-блока".
В тесном взаимодействии с проектом EGEE развивается и магистральная европейская сеть для образования и науки - GEANT. В середине прошлого года межправительственная организация DANTE объявила о запуске научно-образовательной сети нового поколения GEANT 2, которая охватывает 3 млн пользователей из 3,5 тыс. академических учреждений, расположенных в 34 европейских государствах (в том числе и в России). Новая сеть качественно изменит обработку информации радиоастрономических комплексов, регистрирующие системы которых расположены на значительном удалении друг от друга, а также будет обслуживать часть процессов по передаче данных после запуска LHC.
Под руководством Пенсильванского университета США на базе грид-технологий создан Национальный цифровой центр маммографии с общим объемом данных (маммограмм) 5,6 петабайта, который предоставляет медикам возможность мгновенного доступа к записям миллионов пациентов.
Стоит упомянуть и о проекте SETI@home, инициированном астрономами Университета Калифорнии - Беркли. В рамках этого проекта была создана виртуальная грид-сеть, которая регулярно анализирует данные, поступающие с радиотелескопа Arecibo в Пуэрто-Рико с целью поиска внеземного разума. Посредством интернета SETI объединил вычислительную мощность более 5 млн персональных компьютеров и уже проделал вычислительную работу, эквивалентную более чем 600 тыс. лет работы ПК (правда, до сих пор никакой информации о найденных инопланетянах от координаторов проекта еще не поступило).
Соединенные Штаты сегодня - безусловный мировой лидер по части практического строительства грид-сетей. В 2004 году Джордж Буш официально объявил о начале работы президентской стратегической GRID-программы (Strategic Grid Computing Initiative), основной целью которой является "создание единого национального пространства высокопроизводительных вычислений" (National High Performance Computing Environment).
К настоящему времени в США уже успешно функционируют четыре национальные грид-сети, находящиеся под заботливой опекой ключевых государственных ведомств: компьютерная сеть национального фонда научных исследований (NSF Comp. Grid), информационная сеть поддержки НАСА (NASA Information Power Grid), глобальная информационная сеть министерства обороны (DOD GI Grid) и сеть суперкомпьютерной инициативы министерства энергетики (DOE ASCI Grid).
Свою немалую лепту в процесс "всеобщей гридизации" вносят и частные американские компании. Весьма оригинален проект Sun Grid компании Sun Microsystems, стартовавший в прошлом году: машинное время сети центров обработки данных, содержащей суммарно около 10 тыс. процессоров, сдается компанией в аренду с оплатой из расчета 1 доллар за пользование одним процессором в час. Продажа времени Sun Grid осуществляется компанией по договору через чикагскую электронную фондовую биржу Archipelago Holdings. Через нее же покупатель может продать неиспользованные часы. Дополнительно в Sun предлагают услуги хранения данных по цене 1 доллар за гигабайт в месяц. Услуга предлагается организациям, имеющим эпизодические потребности в значительных вычислительных мощностях.
Концепция грид-компьютинга компании Oracle предполагает использование грид-сети как универсальной системы управления данными на основе базы данных Oracle 10G. Специальная функция ASM (Automatic Storage Manager) позволяет виртуализировать наборы дисков в единый виртуальный диск с возложением на Oracle функций менеджера файлов и томов. Oracle сама работает с этой группой дисков (виртуальными дисками), размещая на них свои файлы и управляя ими. Oracle разбивает все пространство этого виртуального диска на равные кусочки размером в 1 Мб и создает из кусочков виртуальные файлы БД, табличные пространства, тома и т.д.
Особняком в длинном списке грид-проектов стоит проект построения глобальной грид-системы, продвигаемый корпорацией Google. Модель Google - это превращение компьютинга в потребительскую услугу по типу электроснабжения (что во многом перекликается с идеей, реализуемой Sun Microsystems). В определенном смысле Google возвращается к архитектуре большой ЭВМ. В рамках этого проекта все компьютерные устройства (ПК, мобильный телефон, телевизор и т. п.) становятся просто терминалами, которые будут включены в серверный грид Google с услугами приложений.
Иными словами, Google сегодня пытается позиционировать себя в качестве универсальной системы доставки приложений на любое устройство в любой точке мира и тем самым стать реальной альтернативой привычного персонального компьютера. Стратегически важное конкурентное преимущество проекта Google - понижение себестоимости обработки бита информации. Для решения этой задачи Google активно продвигается в формировании корневой транспортной системы и подготовке площадей для размещения огромных серверных ферм с прямым выходом к ведущим мировым телекоммуникационным операторам. (По неподтвержденной информации, в 2005 году в условиях повышенной секретности Google провел крупномасштабную работу по установке в различных точках мирового океана 4 тыс. морских контейнеров с серверными стойками CPU.) Это позволит компании существенно сократить телекоммуникационные расходы и обеспечить контроль над доставкой большей части контента и мировым интернет-трафиком.
Комментируя операции Google, один из ведущих российских экспертов в области грид-технологий Владимир Рубанов в беседе с корреспондентом "Эксперта" отметил: "Финансовый результат от этих усилий "гугловцев" уже налицо: если еще в декабре 2004 года рыночная капитализация Google составляла 28 миллиардов долларов, то уже в декабре 2005-го она возросла до 138 миллиардов! Этот рост наглядно демонстрирует, насколько укрепилась на Западе вера в перспективы грид-технологий. Иными словами, крупный бизнес сегодня делает большую ставку на развитие этих технологий и готов вкладывать в них колоссальные финансовые ресурсы".
Большое внимание грид-технологиям в последние годы уделяет и руководство Евросоюза, серьезно озабоченного наметившимся отставанием в этой области от США. В 2005 году Еврокомиссия подготовила специальную программу стоимостью 13 млрд евро, в рамках которой грид-компьютингу отводится роль стимулятора и важнейшего ресурса для превращения Евросоюза в "самую конкурентоспособную в мире экономику знаний".
C 2000 года ведутся работы по освоению грид-технологий и в Китае. Долгое время информация о том, на какой стадии находится реализация проекта ChinaGrid, была фактически засекречена. Информационная бомба взорвалась в середине июля 2006 года, когда китайские СМИ во всеуслышание объявили о завершении работы над Китайским образовательным грид-проектом (China Educational Grid Project, CEGP).
CEGP объединил компьютерные сети нескольких десятков крупнейших университетов страны и предоставил миллионам китайских студентов прямой доступ к базам данных, онлайновым учебным курсам и сервисным приложениям по самым разным направлениям и дисциплинам.
Как полагает Владимир Рубанов, "китайцы уже создали материальную и инфраструктурную базу для рывка в образовательной сфере. Им теперь уже не нужно регулярно тратить тысячи долларов на покупку новых компьютеров взамен устаревших - достаточно приобрести всего за 150–200 долларов интернет-коммуникаторы (PIC) и получать далее все необходимые ресурсы из грид-сети. Например, подключиться к реализации Программы 50–15, активно продвигаемой сегодня американской компанией AMD (обеспечить к 2015 году доступ в интернет при помощи дешевых интернет-приставок для 50% населения Земли. - "Эксперт")".
В январе 2006 года в Афинах было официально объявлено о начале выполнения финансируемого Европейской комиссией проекта EUChinaGRID. Главная его цель - объединение европейских и китайских грид-инфраструктур для повышения эффективности совместного использования различных научных приложений, работающих в грид-среде. Наметившийся стратегический альянс ЕС и Китая вполне можно рассматривать как одну из первых попыток создания сильного "грид-противовеса" претензиям США на мировое лидерство в этой крупномасштабной технологической гонке.
В скором времени к этому альянсу может подключиться и Индия, которая также объявила о начале реализации собственной Национальной грид-компьютинговой инициативы GARUDA, предусматривающей объединение в грид-сеть 17 крупнейших научно-исследовательских центров страны.
Все реализуемые сегодня концепции и подходы к построению глобальной грид-системы (грид как вычислительная услуга - Sun Microsystems; грид как система эмуляции персонального компьютера и его замены интернет-коммуникатором - AMD; грид как единая операционная система, объединяющая вычислительные мощности в глобальный суперкомпьютер, - Google; грид как виртуальная организация, формирующая однородное пространство ИКТ-взаимодействия, - Oracle) требуют высокоскоростных сетей.
|
ua 
ru 
|
Пошук...
|
Сайт відкрито 14.12.2005
