網格計算的應用及發展前景

網格計算的應用及發展前景

網格計算的應用及發展前景 文章論述了網格計算的發展概況、在科學領域的應用范圍、網格服務的特點以及在未來網絡市場中的發展潛力。
數據庫；浮點運算；虛擬化；資源共享

現代社會由于大規模的科學和工程計算的需求，迫使計算機必須不斷地提高其運算速度和存儲容量。計算機的發展歷史表明，為了達到更好的處理性能，除了必須提高系統的硬件的速度外，系統的結構也必須不斷改進，特別是當元器件的速度達到極限時，后者將變成焦點問題。于是，超級并行機已經成為復雜科學計算領域的主宰。但以超級計算機為中心的計算模式存在明顯的不足，而且目前正在經受挑戰。超級計算機雖然是一臺處理能力強大的“巨無霸”，但它的造價極其昂貴，通常只有一些國家級的部門，如航天、軍事、氣象等部門才有能力配置這樣的設備。而隨著人們在日常工作遇到的商業計算越來越復雜，人們迫切需要數據處理能力更強大的計算機，而超級計算機的價格顯然阻止了它進入普通人的工作領域。于是，人們開始尋找一種造價低廉而數據處理能力超強的計算模式，最終科學家們經過努力找到了答案——Grid Computing（網格計算）。
網格（grid）是一個集成的計算與資源環境，或者說是一個計算資源池。網格也是一種先進的計算基礎設施（Advanced Computational Infrastructure，簡稱ACI），用于研究與工程應用相結合的項目，學科領域涉及超級計算技術、網絡技術、數據庫技術、中間件技術、并行算法和各種計算科學研究與應用技術，是一個綜合性的跨學科高技術研究課題。網格計算（Grid Computing）是伴隨著互聯網技術而迅速發展起來的，是將地理上分布的計算資源（包括數據庫、貴重儀器等各種資源）充分利用起來，協同解決復雜的大規模問題,特別是解決僅靠本地資源無法解決的復雜問題，是專門針對復雜科學計算的新型計算模式。這種計算模式是利用互聯網把分散在不同地理位置的電腦組織成一個“虛擬的超級計算機”，其中每一臺參與計算的計算機就是一個“節點”，而整個計算是由成千上萬個“節點”組成的“一張網格”， 所以這種計算方式叫網格計算。這樣組織起來的“虛擬的超級計算機”有兩個優勢，一個是數據處理能力超強；另一個是能充分利用網上的閑置處理能力。簡單地講，網格是把整個網絡整合成一臺巨大的超級計算機，實現計算資源、存儲資源、數據資源、信息資源、知識資源、專家資源的全面共享。
近年來，隨著計算機計算能力的迅速增長，互聯網絡的普及和高速網絡成本的大幅度降低以及傳統計算方式和計算機的使用方式的改變，網格計算已經逐漸成為超級計算發展的一個重要趨勢。網格計算是一個嶄新而重要的研究領域，它以大粒度資源共享，高性能計算和創新性應用為主要特征，必將成為21世紀經濟發展的重要推動力。
二十世紀九十年代以來，世界各個國家，尤其是發達國家，建立了很多超級計算應用中心（NCSA）和工程研究中心，美國還制定了新一輪規劃的先進計算框架計劃(ACIP),發展面向21世紀的先進計算技術. 我國在科技部的領導和主持下，經過306主題專家組及相關單位的努力，作為我國高性能計算和信息服務的戰略性基礎設施的國家高性能計算環境發展很快。在已建成的5個國家級高性能計算中心基礎上，又于中南、西北等地建立了新的國家高性能計算中心，科技部并加強了網格節點的建設，形成以科學院為主體的計算網格。教育部也啟動了網格計算工程，第一批12個網點正在建設中，國家基金委也列出專向基金資助網格計算。
網格是借鑒電力網（electric power grid）的概念出來的，網格的最終目的是希望用戶在使用網格的計算能力時，就如同現在使用電力一樣方便簡單。
在科學計算領域，網格計算可以在以下幾個方面得到廣泛應用：
1.分布式超級計算。網格計算可以把分布式的超級計算機集中起來，協同解決復雜的大規模的問題。使大量閑置的計算機資源得到有效的組織，提高了資源的利用效率，節省了大量的重復投資，使用戶的需求能夠得到及時滿足。
2.高吞吐率計算。網格技術能夠十分有效地提高計算的吞吐率，它利用CPU的周期竊取技術，將大量空閑的計算機的計算資源集中起來，提供給對時間不太敏感的問題，作為計算資源的重要來源。
3.數據密集型計算。數據密集型的問題的求解往往同時產生很大的通訊和計算需求，需要網格能力才可以解決。網格可以藥物分子設計、計算力學、計算材料、電子學、生物學、核物理反應、航空航天等眾多的領域得到廣泛的需求。
4.基于廣泛信息共享的人與人交互。網格的出現更加突破了人與人之間地理界線的限制，使得科技工作者之間的交流更加的方便，從某種程度上可以說實現人與人之間的智慧共享。
5.更廣泛的資源貿易。隨著大型機的性能的提高和微機的更加普及，及其資源的閑置的問題也越來越突出，網格技術能夠有效地組織這些閑置的資源，使得有大量的計算需求的用戶能夠獲得這些資源，資源的提供者的應用也不會受到太大的干擾。需要計算能力的人可以不必購買大的計算機，只要根據自己的任務的需求，向網格購買計算能力就可以滿足計算需求。　

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