Перспективные технологии. ГРИД

Ада Старосельская

Грид – еще одна революция.

Новое слово «Грид» незаметно входит в нашу жизнь. Пока мало, кто знает, о чем идет речь, но триумфальное проникновение во все сферы человеческой деятельности этому таинственному нечто уже обещают. Такую же сногсшибательную «карьеру» сделал Интернет – быстро, незаметно, но прочно заняв умы и время большой части человечества.

Само понятие Грид (Grid – по аналогии с электросетями, опутывающими огромное пространство – electric power grid) появилось в начале 90-х годов, когда в США возникла идея создать из суперкомпьютерных центров очень большой Метакомпьютер. Тогда пользователи могли бы получать практически неограниченные ресурсы для вычислений и хранения данных, не задумываясь об их происхождении. Так же мы пользуемся электроприборами, просто включая их в розетку, даже не представляя, на какой электростанции выработано электричество и по каким сетям доставлено к нам домой. Представьте, если разобрать настольные компьютеры в стране, или даже в мире, и объединить их компоненты - память, процессоры, графические устройства – таким образом, что они станут в тысячу раз быстрее и на порядок сложнее. Если соединить их в общую сеть (посредством того же Интернета), то мы сможем собирать данные по всему миру почти со скоростью света. Вот это и будет реализация Грида (www.gridforum.org, EnterTheGrid.com) – технологии с гибкой и мощной вычислительной средой, как эволюционное продолжение Интернета. В этом представлении Грид играет такую же роль для вычислительных ресурсов, как и Всемирная Паутина (способ свободного доступа в сеть – WWW – World Wide Web) для документов, содержащих информацию. Кстати, как и Грид, она была разработана для нужд физики высоких энергий. В конце 80–х годов в связи с началом работы ускорителя в ЦЕРНевозникла проблема обмена текстовой информацией между различными странами, участвующими в проекте. «Библией» Грида сегодня называют солидную монографию Йена Фостера и Карла Кессельмана «The Grid: Blueprint for a New Computing Infrastructure» (Morgan Kaufmann, 1999; ISBN 1-55860-475-8). Фактически Грид – это компьютерная инфраструктура, виртуальная машина, этакое киберпространство на стероидах, обладающее феерическими возможностями.

Сейчас интерес к Гриду очень высок практически во всех странах мира. Новые национальные и интернациональные проекты в последние годы растут как грибы, выходит много исследовательских работ и публикаций. Пожалуй, такой интерес можно объяснить и тем, что не только научные организации, но и современные общественные институты, такие как торговые и производственные организации, банки и службы управления раскинуты по территории и нуждаются в общей инфраструктуре, основанной на высоких технологиях. Так, по прогнозам компании Insight Research, за ближайшие пять лет объем инвестиций в Грид вырастет в 20 раз. И если сегодня основные затраты на Грид падают на производственную и финансовую сферу, то через пять лет к ним прибавятся отрасли профессиональных бизнес услуг.

Такая компьютерная инфраструктура нового типа, набор стандартизированных служб обеспечивает надежный, совместимый, дешевый (!) и повсеместный доступ к информационным и вычислительным ресурсам – отдельным компьютерам, суперкомпьютерным центрам и хранилищам данных. Пользователи смогут получать и передавать терабиты данных и подходящие инструменты для управления этими ресурсами. Задачи, которые раньше требовали месяцев вычислений, на такой распределенной машине можно будет решать на порядки быстрее.

А само главное, появляется возможность браться за более «энергоемкие» задачи, которые ждут своего решения. Что это за задачи? Это моделирование химических процессов, которое благодаря развитию нанотехнологий сулит нам множество открытий, моделирование климата и решение актуальных экологических задач. Медики, биологи и зоологи заинтересованы в быстром доступе к всемирным базам данных и эффективном исследовании генома человека, физики и астрономы – в расчетах в области высоких энергий и многих задач астрофизики, решению трудоемкой проблемы турбулентности, поставленной еще Леонардо да Винчи.

На пути реализации заманчивой технологии Грид стоит немало задач. С одной стороны, необходимо резко повысить мощность микропроцессоров массового производства, построить быстрые линии связи, решить задачи глобального обмена информацией через Интернет. С другой стороны, развивать научную дисциплину для организации многочисленных вычислительных процессов сложной структуры. Грид на самом деле преобразует представление всего общества о компьютере и программном обеспечении, которое необходимо разработать на новом уровне. Ведь потребности научных учреждений в вычислительной мощности, пропускной способности каналов и объеме устройств хранения данных постоянно растут. Чтобы поддерживать такую распределенную среду, необходимо решить широкий круг проблем: связи, безопасности, управления заданиями, доступа к данным, информационного обеспечения. Такой основой или базовой архитектурой Грида стала Open Grid Services Architecture, реализованная в Globus (и его последнем варианте 3.0), совместном проекте Аргонской национальной лаборатории и Института информации Университета Южной Калифорнии ((www.globus.org) ). Globus имеет конкретные результаты в виде комплекта разработанных программ, которые могут быть использованы при создании вычислительных сетей. Разработанное программное приложение позволяет объединить компьютеры, интеллектуальные инструменты, информационные ресурсы во всем мире, независимо от их географического расположения.

Исторически сложилось так, что рождение Грида во многом связано с физикой высоких энергий. В свое время физики ЦЕРНа (www.cern.ch) создали сетевые протоколы Интернета, также они стали пионерами и в области грид-технологий, когда занялись строительством ускорителя LHC (Большой адронный коллайдер - БАК - Large Hadron Collider) стоимостью в несколько миллиардов долларов. Запуск чудо-ускорителя в 2007 году сулит прорыв в области физики высоких энергий. Ученым понадобятся не только компьютеры, которые будут работать в тысячи и миллионы раз быстрее, но и распределенные вычислительные центры, которые необходимы для обработки и хранения данных. Так родилась идея создать сеть, которая объединила бы вычислительные мощности всех подключенных к ней компьютеров.

В 2001 году стартовал пятый проект проектирования и создания информационно-вычислительной системы для БАК. В проекте, получившем название LHC Computing Grid (LCG, (www.cern.ch/lcg) , предусмотрено создание региональных центров и разработка специфического программного обеспечения. Активное участие в этом проекте принимает и российская сторона в лице НИИ ядерной физики МГУ, ИТЭФ (Института теоретической и экспериментальной физики), ИФВЭ (Института физики высоких энергий) и других.

После запуска ускорителя такая сеть будет в течение десяти лет обрабатывать более 10 миллионов гигабайт в год и объединяет усилия десятков тысяч ученых со всего мира. Для обработки и анализа данных, получаемых с LHC, в ЦЕРНе организован один из примеров технологии Грид – финансируемый Европейским Сообществом проект Data-GRID ((www.eu-datagrid.org) . Этим летом Европейская Комиссия приняла следующий инфраструктурный проект с участием России - EGEE (Enabling Grids for E-science in Europe) на 2004-2005 год, нацеленный в будущем на обслуживание всех наук, но начинающийся с решения задач физики высоких энергий.

Итак, сегодня Грид – это не только революционная концепция, это уже работающие технологии. Сотни университетов из десятков стран объединяют усилия для совместного решения научных задач, во многих странах существуют национальные программы, выделены немалые деньги на разработку собственных «Гридов».