Puţină ştiinţă

Acest post este scris de Sorin Zgură pe noul blog Ro-SCI

GRID Computing (I)

O scurtă descriere

Un GRID reprezintă o infrastructură computațională distribuită ce permite partajarea și utilizarea în comun a resurselor de calcul, de stocare, precum și a altor tipuri de resurse.

Grid-urile folosesc resursele disponibile la un moment dat pe mai multe sisteme de calcul separate, interconectate prin intermediul unei rețele (de exemplu, Internet), pentru a rezolva probleme intensive din punct de vedere al timpilor de execuție sau ale capacitatilor de stocare necesare.

Cea mai simplă descriere a unui Grid este prin analogie cu o rețea de energie electrică. Imaginea este aceea a unei consumator electric ( calculator, frigider, masina de spalat, etc) adica atunci când conectam la rețeaua electrică un aparat care are nevoie de energie electrică ne așteptam să obținem energia electrică necesara pentru acel aparat, dar sursa acestei energii nu o cunoastem exact.

Distribuitorul de energie electrică (după caz, Electrica, Enel, Cez, etc) furnizează o interfață cu o rețea complexă de generatoare și surse de energie care furnizeaza puterea de care avem nevoie (hidrocentrale, termocentrale, centrală atomică, parcuri eoliene, etc). Nu există pentru fiecare casă sau cartier un generator local de energie, dar rețeaua de electricitate furnizeaza un generator virtual. Acest generator se adaptează la nevoile de energie ale consumatorilor dupa cerintele lor.

Viziunea asupra rețelei de calcul distribuit cu un Grid, este similară. Odată ce aceasta infrastructură este realizata(sisteme de calcul si stocare, rețeaua de comunicație, autoritatea de certificare) orice utilizator va avea acces la un calculator virtual adaptabil nevoilor lui.

Acest calculator virtual consta din mai multe resurse computationale diverse. Dar aceste resurse individuale nu vor fi vizibile pentru utilizator, la fel cum consumatorul de energie electrica nu stia unde și cum electricitatea pe care o consumă este generată.

Aplicații GRID în știință

• Fizica Energiilor Înalte ( Experimentele de la LHC CERN)

• Misiuni Spațiale

• Medicină/Sănătate (imagistică medicală, diagnoză și tratament)
  
  

• Bioinformatică (studierea genomului uman pentru înțelegerea bolilor genetice);
  
  
  
  
  
  
• Nanotechnologie (studierea noilor materiale la scară moleculară);
  
  
  
  
  • Meteorologie și protecția mediului (prognoză meteo, observarea pământului, modelarea și predicția sitemelor complexe;
  
  
  
  
  
  
  
  

Situația pe plan international

GRID este un subiect major in SUA, unde reprezentativ este proiectul Globus dezvoltat de Ian Foster si Carl Kesselman. El reprezinta exponentul efortului de dezvoltare a tehnologiei si aplicatiilor de calcul distribuit de inalta performanta, fundamentand actualele "computational grids". Globus ToolkitTM furnizeaza infrastructura, mecanismele si instrumentele pentru Grid computing.


Componentele sale sunt folosite in numeroase dezvoltari de Grid-uri si de aplicatii ambitioase bazate pe Grid. Astfel, TeraGrid este un proiect de Grid dezvoltat de ANL, Caltech, NCSA si SDSC care vizeaza furnizarea unei puteri de calcul de 13.6 Tflops si 450 Tbytes de memorie prin legaturi de 40 Gbit/s. GriPhyN (Grid Physics Network), PPDG (particle Physics Data Grid), European Data Grid si Data TAG sunt alte proiecte de dezvoltare a infrastructurii necesare experimentelor de fizica din urmatoarea generatie.


In particular, GriPhyN vizeaza constructia unui Grid de ordinul PetaFlops si PetaBytes (Petascale Virtual-Data Grid). NESS (National Earthquake) construieste platforma colaborativa nationala pentru studiul si simularea cutremurelor. DOE Science Grid este proiectul de dezvoltare a infrastructurii de Grid pentru laboratoarele DOE (Department Of Energy) al Statelor Unite.


NMI (NSF Middleware Initiative) vizeaza dezvoltarea de software peste Globus Toolkit pentru a crea servicii de retea avansate care faciliteaza accesul la diferite resurse din Internet.


FusionGrid urmareste folosirea Gridului pentru o mai buna integrare a experimentelor, teoriei si modelarii in ceercetarea fuziunii magnetice. ESG (Earth System Grid) faciliteaza cooperarea si partajarea nalizelor si cunostintelor din modelele globale ale Panmantului.


LIGO (Laser Interferometer Gravitational Wave Observatory) utilizeaza Grid-ul in studiul pulsarilor. Java CoG Kit realizeaza o punte intre Globus Toolkit si tehnologiile din Java Framework facilitand dezvoltarea serviciilor Grid din urmatoarea generatie.

La nivel european

Grupul de reflecţie pentru eInfrastructure - eIRG, care cuprinde delegaţi oficiali ai Ministerelor Educaţiei din diverse ţări europene, are misiunea de a coordona introducerea unei infrastructuri bazată pe Grid pentru eScience.

Obiectivul principal al eIRG este de a susţine în plan politic, consultativ şi la nivel de monitorizare crearea unei politici şi a unui cadru administrativ pentru facilitarea şi rentabilizare utilizării în regim partajat a resurselor electronice din Europa (cu accent pe resursele Grid de calcul, de memorare date şi de reţele), indiferent de domeniile tehnologic, administrativ sau naţional cărora le aparţin aceste resurse.

Intr-o perspectivă pe termen mai lung, documentul intitulat “i2010 – European Information Society 2010”, propus de Comisia Europeană în aprilie 2005, promovează o economie digitală deschisă şi competitivă şi subliniază rolul comunicaţiilor de bandă largă, al serviciilor care valorifică acest suport de comunicaţii.

La nivel naţional, având în vedere importanţa şi impactul pe termen lung al infrastructurii Grid în dezvoltarea Societăţii Informaţionale, în multe ţări europene s-au definit abordări strategice pentru implementarea şi dezvoltarea Grid, luând în considerare atât condiţiile naţionale cât şi necesitarea compatibilităţii la nivel internaţional.

Câteva exemple relevante sunt prezentate în continuare:

• Programul e-Science din Marea Britanie este o iniţiativă naţională pentru promovarea tehnologiilor Grid în aplicaţii din ştiinţă şi tehnologie. Bugetul guvernamental al programului, asigurat prin Departamentul de Comerţ şi Industrie şi prin Biroul pentru Stiinţă şi Tehnologie, a fost de 170 milioane Euro în perioada 2001-2003, iar pentru perioada 2004-2006 este de 195 milioane Euro. Obiectivul e-Science este de a furniza infrastructuri Grid la nivelul Marii Britanii, necesare nu numai pentru domeniile ştiinţei, dar şi pentru eBusiness, eGovernment şi eLife. Iniţiativa Grid din Olanda a fost orientată spre implementarea unei infrastructuri de reţea de calculatoare care să funţioneze la viteze de ordinul Gigabit, spre dezvoltarea unui set de aplicaţii eScience în cadrul Programului Virtual Lab (55,6 milioane Euro, 21 de parteneri din mediul academic şi de cercetare) şi spre constituirea unei largi comunităţi de utilizatori din universităţi şi institute de cercetare.
  
• In cazul iniţiativei Grid.IT din Italia, scopul infrastructurii naţionale Grid este de a susţine domenii ştiinţifice diverse, ca de exemplu: fizica nucleară, astrofizica, biologia, chimia computaţională, geofizica, observarea Pământului. Bugetul acestei iniţiative pentru perioada 2003-2005 a fost de 8,1 milioane Euro.
  
• In Suedia, realizarea infrastructurii SweGrid a fost orientată spre gridificarea centrelor de calcul de înaltă performanţă (HPC) existente. In ianuarie 2004, ca rezultat al unui proiect de 3,6 milioane Euro, platforma de testare a regimului de producţie pentru infrastructura SweGrid includea deja 6 centre HPC (totalizând 600 de unităţi de procesare) din marile centre academice la nivel naţional, conectate la viteza de 1 Gigabit la reţeaua SUNET (10 Gbps).
  
• Iniţiativa Hellenic Grid din Grecia este implementată de Grupul de lucru Hellas Grid pentru dezvoltarea calculului Grid distribuit în Societatea Informaţională, organizat de Secretariatul Special pentru Societatea Informaţională a Ministerului Economiei şi Finanţelor. Grupul de lucru are în componenţa sa reprezentanţi din principalele colective academice şi de cercetare specializate în domeniile reţele, supercalculatoare şi clustere de calculatoare, sisteme de calcul paralel, middleware şi aplicaţii.
  

In februarie 2007 s-a constituit EGI (Europeana GRID Initiative) ca forma de reprezentare a initiatevelor nationale GRID.

În România

Prima iniţiativă pentru coordonarea acţiunilor de realizare a infrastructurii naţionale Grid a constituit-o înfiinţarea, în anul 2002, a consorţiului RoGrid, având în componenţa sa şapte organizaţii din cercetare, din mediul academic şi din cel de afaceri în domeniul IT.
In anul 2003 consorţiul a propus prima strategie pentru dezvoltarea Grid în România.

In iulie 2005, la iniţiativa Autorităţii Naţionale pentru Cercetare Ştiinţifică, a fost înfiinţat Grupul de lucru pentru infrastructura naţională Grid, care includea reprezentanţi din Ministerul Educaţiei şi Cercetării, Ministerul Afacerilor Externe, universităţi, institute de cercetare şi ai reţelei RoEduNet.

Obiectivul principal al Grupului de lucru la constituit promovarea planului strategic pentru proiectul pilot intitulat “Implementarea infrastructurii naţionale Grid”.
In martie 2006 a luat fiinta RT2F (Romanian Tier 2 Federation) reprezentant contributia Romaniei la World LHC Computing Grid (http://lcg.nipne.ro ).
Consortiu este format din:

1. Institutul de Fizica si Inginerie Nucleara “Horia Hulubei”- IHIN-HH ;
2. Institutul de Stiinte Spatiale –ISS;
3. Universitatea Politehnica Bucuresti-UPB;
4. Institutul National de Cercetari in Informatica -ICI;
5. Institutul National de Cercetari in Tehnologii Isotopice si Moleculare Cluj;
   

În 2007 a fost certificată și este în productie Autoritatea de Certificare (CA) in cadrul Agentiei Spatiale Române (http://www.romaniangrid.ro).

Cam atât pentru astăzi.

To Do

- RoEduNet 2;
- Monitorizarea resurselor GRID;
- Contributia Federatiei Române Tier 2 la efortul global GRID;