“grid”在英语中是“方格”的意思。网格计算(Grid Computing),顾名思义就是指将多个计算机组成网格状网络,“模拟实现高性能计算机”的技术。假如有一项业务使用1 GHz CPU需要3分钟的处理时间,如果网络中有3台安装了同样CPU的计算机,我们把这项业务分成3等分,然后分别交给每台计算机进行处理,那么简单地计算一下就会知道其处理时间将缩短到1分钟。这就是网格计算的基本思路。

人们一提到高性能计算,就会想到当年美国的克雷机、国内的银河、曙光系列。然而随着个人电脑CPU技术的发展,高性能计算已不再是当年的“大盒子”,PC机群乃至更小的电脑机群也成为现在高性能计算用户的选择。专家预计,网格计算将在4~5年内成为高性能计算的代名词。针对互联网安全性很差的弱点,美国甚至有人提出了“网格反恐”;再进一步,10年以后,量子计算将走向实用,计算技术将发生根本变革,比特以及字节(Byte)将被量子比特(Qubit)所取代。

21世纪的“时间机器”

网格是一种超级网络,它把属于不同团体的计算机和数据存储系统连为一体,这样它们可以共享计算能力。相比之下,今天的互联网仅允许用户共享数据,无法共享计算机资源。美国太阳微系统公司的网格技术负责人沃尔夫冈 · 根茨蔡博士说:“我坚信网格引擎是21世纪的时间机器。”

实际上,太阳微系统和IBM均把网格技术看作自己未来的关键所在。根茨蔡把网格放在与内燃机和蒸汽机等“时间机器”同等的地位上,后两者的问世加快了整个世界的前进速度。他说:“在网格上你做事会快得多得多,还能做以前做不到的事情。”更多的专家认为,网格技术是一种合理共享的方式,网格的作用是利用开放标准协调各个团体拥有或控制的计算资源,从而极大提升计算能力。

例如,汽车制造商做许多撞车模拟试验,生物技术公司需要做新药物的虚拟试验,这些任务可以分解成多个块来完成,这些公司被认为是网格技术的首选用户。

IBM网格计算战略副总裁丹 · 鲍威尔认为:网格计算是迈向未来的重要一步,到那时,计算能力就如同电和水一样重要。

广泛共享、有效聚合、充分释放

网格计算的一个重要目标是实现广泛共享、有效聚合、充分释放。因此,从某种意义上说,网格计算不仅仅是一种技术手段,更是一项变革信息技术的战略。

所谓广泛共享,是指通过各种方法、技术和策略将网络上的各种资源提供给网络上众多用户共享和使用;所谓有效聚合,是指将网络上的巨大资源通过协,同工作连接集成起来,产生巨大的综合效能,联合完成应用任务;所谓充分释放,是指为用户提供良好的开发手段和使用环境,将网络上多种资源的聚合效能按照需求传递给用户,为用户提供个性化的信息服务、计算服务和决策支持服务。

图为日本推出的球形计算机

网格计算在因特网基础上强调对计算、数据、设备等网络基本资源进行整合,力图将因特网作为一个社会化的计算基础设施。在计算模型、技术路径和研究目标上,网格计算和目前的分布计算技术有很大不同。网格计算强调多组织之间大规模的资源共享和合作使用,提供了资源共享的基本方法;而分布计算技术没有提供多组织之间的资源共享通用框架。显然,网格计算正在建立一种新因特网基础支撑结构,是21世纪变革信息处理模式先期实践。

普及计算模式则是要颠覆“人使用计算机”的传统方式,将人与计算机的关系改变为“计算机为人服务",从某种意义说,是让人与计算环境更好地融合在一起。

IBM的计划

早在2000年10月,美国IBM公司就开始了这一技术的商用开发,并设立了“网格计算处理系统”的研究项目,决心探索该技术在企业中的应用问题。

业内权威人士认为,对IBM而言,该开发设想可以说是基于开拓国防部和情报机构等潜在的巨大市场,实现大量销售硬件的企业战略。

而从长期来看,IBM可以通过这一项目构筑起高速度的研发基础设施。不仅是以前的外包业务,就是Web服务等更大范围的项目也都可以使用。即使对于纯粹需要计算能力的用户,这也将是非常有用的资源。

“网格计算处理系统”项目的系统由接入高速网络中的多台IBM生产的服务器组成,而且采用能分为多个模块的结构。预计项目的最大客户是政府部门。欧洲的多家政府机构已经宣布计划在研究业务中使用IBM公司的计算能力。

业内人士认为,这一计划对IBM而言还有另一层重大意义。这就是在支撑因特网的服务器领域中的Linux转换和使用集群系统(Cluster System)的服务。此外,IBM公司为了支援为对抗美国微软而设计的Web服务,可能也将使用网格计算技术。

IBM公司首席执行官波尔米萨诺2002年11月初表示,IBM公司正向“新商业战略”投资100亿美元。该战略包括电子商务中的“随取即用”、“按需定制操作环境”、“网格计算”及“自主计算"。其中,网格计算被视为实现上述目标的重要战术手段。所谓电子商务中的“随取即用”的计算机,是由IBM公司伺服器管理,并按月收取租金。有些服务就像水、电等公用事业一样,其价格视客户需求而定。而另一类服务则由客户购买设备及雇用操作人员,BM公司保证这些设备容易安装、维修和升级。“按需定制操作环境”由一台建立在Linux等开放源代码操作系统上的集成计算机系统来实现。这样可节省公司的资金,降低系统的复杂性。在“网格计算”中,应用程序在很多不同的计算机上运行,从而提高了计算资源的利用率。而“自主计算”可以使计算机系统自行诊断并解决问题,或在问题发生之前,就对技术瓶颈和潜在的计算机死机状态发出警告。

日本:启动国家项目支援网格软件开发

2002年7月15日,日本经济产业省正式启动了国家项目“商务网格计算项目”,以支援采用网格计算技术的中间件开发。

日本政府相信,今后网格技术将成为信息系统领域的国际竞争的主战场。对于此前在处理器和操作系统等领域,总是步美国企业后尘的日本It企业来讲,这也是剩下的唯一“有希望取胜”的领域。

按照商务网格计算项目的计划,日本经济产业省仅在2003年度就将向NEC、日立、富士通提供26亿日元的开发经费,以支持上述公司开发用于实现网格计算中间件的“共同基础”。该三家公司将在这一共同基础上追加各自的特色功能,推出相应产品。不过,经济产业省计划将共同基础本身作为开放源码对外公开。

上述三家公司将一起讨论共同基础的整体设计。之后,将各自负责对其擅长领域进行开发。除在逻辑上将多台计算机作为一台计算机使用的中间件共同基础之外,还将开发用于在网格环境中,对数据配置进行优化处理的存储设备用的中间件共同基础。

商务网格计算项目从2003年至2005年历时3年。上述三公司计划在2003年度内开发标准模型,2004年度和用户企业共同进行测试试验,2005年度推出产品。

根据商务网格计算项目,经济产业省将积极向网格计算标准化团体推荐该项目的相关研究成果。其中包括OASIS(结构化信息标准促进组织)和GGF(全球网格论坛)。

此前,日本It厂商几乎未对全球标准化工作做出任何贡献。经济产业省希望以该项目为契机,在改变这种状况的同时,也使标准化向着有利于日本r企业的方向推进。日本业内人士认为,为了对抗正在大力推进网格技术的美国IBM,唯一的办法就是推出标准,多家企业联合出击。

NTT:数据开始互联网型网格计算试验

从2002年12月20日起,日本电话电报公司(NTT)数据开始实施使用家庭及企业内部电脑的网格计算试验。该试验将通过互联网集中电脑的计算能力,进行大规模科学技术计算。据称,只要拥有宽带互联网接入环境和配备Windows 98/ME/NT4.0/2000/XP的电脑,就可以参加该试验。在此次试验中,将进行“人类遗传基因周期研究”和“光学新特性材料的设计图的制作”等两种计算。网格计算中使用的中间件由NTT数据和美国United Devices共同开发。

NTT已制订出了网格计算的商用计划,包括集中电脑CPU和剩余计算能力,为用户提供不亚于超级计算机的计算能力。该公司将网格计算业务分为两类:使用企业内部电脑为企业提供所需计算能力的内部网型网格计算,和如同此次试验一样通过互联网征集参加者的互联网型网格计算。

NTT认为,只要能找到客户,内部网型网格计算明年就可以投入商用。而互联网型业务的开始尚需几年时间。

日美间数据传输实现707 Mbps

日本产业技术综合研究所的网格计算研究中心日前宣布,在由多台个人电脑通过网络连接而成的网格计算环境下,日本美国之间实现了707 Mbit/秒的数据传输速度。

实验中使用了设置于日本和美国的七个网点总共190台个人电脑。实验过程中,利用东京工业大学的群集系统生成了数百GB的用于基本粒子实验的模拟数据,当把这些数据发送到其他个人电脑的过程中时,达到了上述的数据传输速度。数据存贮在多台个人电脑的硬盘中,向其他的个人电脑组的硬盘中以数百个数据流并行发送,这样就减小了日美间的光缆所造成的通信延迟(0.2秒左右)影响。

企业应用潜力巨大

网格计算技术尽管问世不久,但目前已越来越受到业界的广泛关注。

业内权威人士认为,如果在企业信息系统中应用网格技术,不仅能够提高约15%的服务器使用效率,而且还能够提高信息系统中的投资效率。将A部门所拥有的服务器等系统资源和B部门所拥有的资源在逻辑上作为一个系统使用后,当A部门处理能力不足时,就可以动态地分配B部门中的部分资源来使用。

但是,网格计算目前仍存在诸多课题。比如,如何使业务应用和数据相互协作,如何确保安全等。过去主要是由学术团体等单位进行实用试验,而最近制造业和医药行业等需要大型计算机功能的民间企业正在进行各种试验,可见其受关注程度之高。

专家相信,在美国、欧洲和日本,网络计算将首先在如下项目发挥作用:基因研究;药物研究(药物反应的模拟等);尖端设计项目(汽车和航天飞机的设计等);娱乐产业的特殊效果设计等。

网格计算对于中小型企业来说,将更有实际意义,可能实现高性能计算机环境而并不需要购买昂贵的计算机。

为开发网格计算机,康柏公司于2001年11月同美国风险投资企业普拉特福姆公司展开了合作。后者拥有对网格计算机资源进行一元化管理的技术。将这一技术与康柏的集群系统技术融合起来,就可以提供网格计算机。美国康柏计算机公司在网格计算业务上显得雄心勃勃。2002年8月,该公司声称:“本公司对开发网格计算机的技术测试已经完成,如果有企业客户申请开发的话,我们可以立即为其构筑起网格计算机。”

太阳微系统公司董事长、总裁兼首席执行官司考特 · 麦克尼利指出,开放的网格计算仍然是IT业整体发展的趋势。他说,通过将产品的研发方法、投向市场的途径和产品支持方式,转变为一种网格计算平台的统一模式,使太阳微系统公司踏上了一条提供更快速响应和更有效运营方式的网格计算系统的完全崭新的里程。他预测,IT的未来就是任何拥有数字心脏的器件都将与因特网相连。随着全球大大小小的企业不断地通过ERP来寻求其核心业务之外的资源,企业的主要精力将放在他们的核心业务上。

网格计算技术至少可以用20年

网格计算作为企业信息系统的第3代处理方式,目前尚处于起步阶段,专家估计这项技术至少能使用20年。加拿大平台计算公司首席技术官桑尼 · 乔指出,企业信息系统的第1代处理方式为大型主机集中处理,在这种处理方式下,平台无论是在物理上还是逻辑上都是集中的。第2代处理方式为客户端/服务器型的处理模式,存在数量众多的服务器与客户终端,平台无论是在物理上还是逻辑上都是分散的。第3代的网格计算则是“物理上分散、逻辑上集中”的方式。通过互联网将众多计算机联接起来,在物理上是分散的,但在逻辑上则可以作为一台计算机来使用。他认为:“20世纪60年代诞生的大型主机一直兴盛到80年代。而以客户端/服务器型处理模式为中心的个人电脑自20世纪80年代诞生以来,如今也经历了20年的风风雨雨。同第1代、第2代处理方式一样,网格计算技术也应该有同样长的使用周期。”