網(wǎng)格計算的應(yīng)用及發(fā)展前景

網(wǎng)格計算的應(yīng)用及發(fā)展前景 文章論述了網(wǎng)格計算的發(fā)展概況、在科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍、網(wǎng)格服務(wù)的特點以及在未來網(wǎng)絡(luò)市場中的發(fā)展?jié)摿Α?BR>數(shù)據(jù)庫；浮點運算；虛擬化；資源共享

現(xiàn)代社會由于大規(guī)模的科學(xué)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(fā)展歷史表明，為了達到更好的處理性能，除了必須提高系統(tǒng)的硬件的速度外，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)也必須不斷改進，特別是當(dāng)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(jīng)成為復(fù)雜科學(xué)計算領(lǐng)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(jīng)受挑戰(zhàn)。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(shè)備。而隨著人們在日常工作遇到的商業(yè)計算越來越復(fù)雜，人們迫切需要數(shù)據(jù)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(lǐng)域。于是，人們開始尋找一種造價低廉而數(shù)據(jù)處理能力超強的計算模式，最終科學(xué)家們經(jīng)過努力找到了答案——Grid Computing（網(wǎng)格計算）。
網(wǎng)格（grid）是一個集成的計算與資源環(huán)境，或者說是一個計算資源池。網(wǎng)格也是一種先進的計算基礎(chǔ)設(shè)施（Advanced Computational Infrastructure，簡稱ACI），用于研究與工程應(yīng)用相結(jié)合的項目，學(xué)科領(lǐng)域涉及超級計算技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)、中間件技術(shù)、并行算法和各種計算科學(xué)研究與應(yīng)用技術(shù)，是一個綜合性的跨學(xué)科高技術(shù)研究課題。網(wǎng)格計算（Grid Computing）是伴隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)而迅速發(fā)展起來的，是將地理上分布的計算資源（包括數(shù)據(jù)庫、貴重儀器等各種資源）充分利用起來，協(xié)同解決復(fù)雜的大規(guī)模問題,特別是解決僅靠本地資源無法解決的復(fù)雜問題，是專門針對復(fù)雜科學(xué)計算的新型計算模式。這種計算模式是利用互聯(lián)網(wǎng)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(jié)點”，而整個計算是由成千上萬個“節(jié)點”組成的“一張網(wǎng)格”， 所以這種計算方式叫網(wǎng)格計算。這樣組織起來的“虛擬的超級計算機”有兩個優(yōu)勢，一個是數(shù)據(jù)處理能力超強；另一個是能充分利用網(wǎng)上的閑置處理能力。簡單地講，網(wǎng)格是把整個網(wǎng)絡(luò)整合成一臺巨大的超級計算機，實現(xiàn)計算資源、存儲資源、數(shù)據(jù)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(lián)網(wǎng)絡(luò)的普及和高速網(wǎng)絡(luò)成本的大幅度降低以及傳統(tǒng)計算方式和計算機的使用方式的改變，網(wǎng)格計算已經(jīng)逐漸成為超級計算發(fā)展的一個重要趨勢。網(wǎng)格計算是一個嶄新而重要的研究領(lǐng)域，它以大粒度資源共享，高性能計算和創(chuàng)新性應(yīng)用為主要特征，必將成為21世紀(jì)經(jīng)濟發(fā)展的重要推動力。
二十世紀(jì)九十年代以來，世界各個國家，尤其是發(fā)達國家，建立了很多超級計算應(yīng)用中心（NCSA）和工程研究中心，美國還制定了新一輪規(guī)劃的先進計算框架計劃(ACIP),發(fā)展面向21世紀(jì)的先進計算技術(shù). 我國在科技部的領(lǐng)導(dǎo)和主持下，經(jīng)過306主題專家組及相關(guān)單位的努力，作為我國高性能計算和信息服務(wù)的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施的國家高性能計算環(huán)境發(fā)展很快。在已建成的5個國家級高性能計算中心基礎(chǔ)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(wǎng)格節(jié)點的建設(shè)，形成以科學(xué)院為主體的計算網(wǎng)格。教育部也啟動了網(wǎng)格計算工程，第一批12個網(wǎng)點正在建設(shè)中，國家基金委也列出專向基金資助網(wǎng)格計算。
網(wǎng)格是借鑒電力網(wǎng)（electric power grid）的概念出來的，網(wǎng)格的最終目的是希望用戶在使用網(wǎng)格的計算能力時，就如同現(xiàn)在使用電力一樣方便簡單。
在科學(xué)計算領(lǐng)域，網(wǎng)格計算可以在以下幾個方面得到廣泛應(yīng)用：
1.分布式超級計算。網(wǎng)格計算可以把分布式的超級計算機集中起來，協(xié)同解決復(fù)雜的大規(guī)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(jié)省了大量的重復(fù)投資，使用戶的需求能夠得到及時滿足。
2.高吞吐率計算。網(wǎng)格技術(shù)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(shù)，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(shù)據(jù)密集型計算。數(shù)據(jù)密集型的問題的求解往往同時產(chǎn)生很大的通訊和計算需求，需要網(wǎng)格能力才可以解決。網(wǎng)格可以藥物分子設(shè)計、計算力學(xué)、計算材料、電子學(xué)、生物學(xué)、核物理反應(yīng)、航空航天等眾多的領(lǐng)域得到廣泛的需求。
4.基于廣泛信息共享的人與人交互。網(wǎng)格的出現(xiàn)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(xiàn)人與人之間的智慧共享。
5.更廣泛的資源貿(mào)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(wǎng)格技術(shù)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(yīng)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(jù)自己的任務(wù)的需求，向網(wǎng)格購買計算能力就可以滿足計算需求�！�

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