Вокруг Света 2004 № 11 (2770) - [46]
Сэр Артур Конан Дойл
Ярмарка идей: Эффекты ГРИД-среды
Активно создаваемая сегодня вычислительная среда ГРИД призвана объединить компьютерные ресурсы всех для блага каждого. И похоже, инновационная технология действительно скоро потрясет мир, открыв небывалые возможности для любого рода исследований, требующих обработки большого объема данных и продолжительных вычислений.
Следуя родоначальникам концепции ГРИД, американским ученым Яну Фостеру и Карлу Кессельману, современный статус вычислительных инфраструктур можно сравнить с состоянием электрических систем в самом начале ХХ века. Тогда практически каждый пользователь электроэнергии применял свой собственный генератор. Революционным шагом было возникновение электросетей, создание технологий передачи и распределения электроэнергии, организация стандартизованной службы универсального и гарантированного доступа к электричеству.
Концепция ГРИД (от англ. – «сетка, решетка») подразумевает создание глобальной компьютерной инфраструктуры, обеспечивающей интеграцию географически распределенных информационных и вычислительных ресурсов. Концепция ГРИД базируется на следующих неоспоримых фактах:
– быстром и постоянном увеличении производительности микропроцессоров массового производства. Современный персональный компьютер на базе процессора Pentium 4 сравним по скорости вычислений с суперкомпьютерами 10-летней давности
– появлении быстрых оптоволоконных линий связи. Сегодня базовые линии связи в сети Интернет имеют пропускную способность 10 гигабит/с, а подключение к Сети многих научных организаций происходит на скорости в 1—2 гигабит/с
– феномене Интернета, глобализации процесса обмена информацией и интеграции мировой экономики
– развитии метакомпьютинга
– научной дисциплины по организации сложных вычислительных процессов
– совершенствовании технологий и средств информационной безопасности.
ГРИД предполагает высокий уровень обобществления компьютеров и линий связи, а это не так просто будет принять собственникам ресурсов. Они должны получить взамен нечто настолько ценное, что смогло бы компенсировать такую «экспроприацию».
Законен вопрос – что может дать ГРИД-технология?
Вычислительные задачи бывают разного уровня – от относительно простых, не требующих уникальных вычислительных ресурсов, до задач, решение которых возможно только на суперкомпьютерах.
Первый тип имеет массовый характер, и это основной тип нагрузки в большинстве прикладных областей. Эти задачи можно выполнять, используя вычислительные ресурсы и программное обеспечение массового производства. Заметим сразу, что в большинстве случаев именно на такие прикладные задачи и ориентирована ГРИД-технология.
Однако существуют задачи, которые невозможно решить на компьютерах массового производства с использованием общедоступного программного обеспечения. Это задачи аэро– и гидродинамики (расчет крыла самолета или корпуса быстроходного судна), моделирование сложных динамических систем (ядерного взрыва или образования нейтронной звезды), задачи предсказания погоды и создание модели климатических изменений. Здесь требуется специальная организация работы многих сотен и тысяч процессоров для решения одной задачи. С этой целью создаются многопроцессорные компьютеры специальной архитектуры и особое программное обеспечение. К таким вычислительным ресурсам обычно применяется термин «суперкомпьютер».
Для рынка вычислительных задач характерно то, что в рамках какого-либо фундаментального исследования, прикладной проблемы или даже коммерческого проекта приходится решать множество задач, каждая из которых в отдельности не является сложной. Конечно, поток или набор относительно простых и однотипных задач легко распараллеливается, и использование суперкомпьютеров несомненно даст огромный эффект по производительности. Однако такой же эффект можно получить и используя простые наборы персональных компьютеров, объединенные локальной сетью, – кластеры, в которых один из компьютеров занимается распределением задач по принципу «одна задача – один процессор». В физике высоких энергий такие кластеры получили название компьютерных ферм. Практика последнего десятка лет показала, что использование ферм в несколько раз дешевле, чем применение суперкомпьютеров, и дает такой же эффект производительности для большинства прикладных задач. И в этом плане ГРИД как глобальное объединение процессоров, скорее, является фермой, нежели суперкомпьютером.
Хорошо известно, что степень использования процессорной мощности персональных компьютеров очень низка, в большинстве случаев процессор реально загружен в течение лишь нескольких процентов рабочего времени. Эта проблема существует и для суперкомпьютерных центров.
В мире уже сейчас работают сотни миллионов персональных компьютеров как на рабочих местах, так и в составе кластеров (ферм). ГРИД-технология позволит объединять эти мощности в глобальные географически распределенные фермы. В результате такого объединения пользователь получает возможность запуска своих задач на глобальной ферме, которая будет на много порядков мощнее, нежели доступные ему локальные ресурсы. При этом собственные компьютеры будут, в свою очередь, включены в состав этой глобальной фермы и на них будут выполняться задачи других пользователей.
