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  Home > Bibliothek > Highlight > Grid-Computing  

Grid-Computing

Da die ForscherInnen unter Zeitdruck stehen, besteht in einigen Bereichen, wie zum Beispiel der Klimaforschung, der Bedarf an schnelleren und leistungsstärkeren Computern. Sie möchten beispielsweise ein funktionierendes Klimamodell hervorbringen, bevor die Wirklichkeit eintritt und es für jegliche Reaktion auf die Vorhersagen des Modells zu spät ist. In diesem Artikel erzählt uns Karl Sarnow, Manager des Xplora Portals, mehr über das Grid-Computing.

Für die Bereitstellung rechnerischer Leistung gibt es zwei wirkungsvolle Möglichkeiten:

- verwenden Sie die besten Hardware-Komponenten, Designkonzepte und die innovativste Technologie, um den schnellstmöglichen Computer zu bauen. Diese Vorgehensweise ist einleuchtend und wir hören jeden Tag von neuen Supercomputern. Der Nachteil dieser Vorgehensweise ist die Notwendigkeit besonderer Software, die auf diesen Supermaschinen läuft und die außerdem bei jedem neuen Hardwarekonzept neu gestaltet werden muss;

- verwenden Sie gewöhnliche Computer, die der neuesten Entwicklung mit einer gewissen Verzögerung folgen, dafür hingegen jedoch in großen Mengen verfügbar sind und bündeln Sie die langsame Computerleistung durch das Zusammenfügen mehrerer Computer. Diese Vorgehensweise ist einfach und benutzt bekannte Ressourcen. Die rechnerische Leistung steigt nach dem Prinzip ‚teile und herrsche’, wodurch ein großes Problem in mehrere kleine Probleme aufgeteilt und auf verschiedene Computer verteilt wird. Nachdem die Lösung der kleinen Probleme gefunden wurde, werden sie an die Hauptmaschine zurückgegeben, die dann aus den Teilen die Gesamtlösung zusammensetzt. Die Idee hinter diesem Konzept wird als “Parallelverarbeitung” bezeichnet.

Unter normalen Bedingungen werden parallele Rechner an einem Ort zusammengebaut, verfügen über zahlreiche Computer und stehen in Verbindung mit Supercomputer-Einheiten von Hunderten von CPUs.

Noch einen Schritt weiter geht das Konzept, bei dem alle Computer der Welt zur Hauptlösung beitragen. Sie erhalten Aufgabenstellungen von einer zentralen Maschine, die die rechnerischen Ergebnisse der individuellen Lösungen der kleinen PCs in der ganzen Welt zusammensetzt. Die Verteilung der Aufgaben auf zahlreiche PCs in der ganzen Welt sowie die Sammlung der Resultate geschieht über Internet. Damit eine große Anzahl von PC-Besitzern am rechnerischen Leistungsbeitrag teilnehmen kann, wird die Einbindung in den massiven parallelen Rechenprozess durch ein besonderes Bildschirmschonerprogramm verwaltet, wodurch die CPU nur dann zum Beitrag am weltweiten rechnerischen Prozess aktiviert wird, wenn der Benutzer nicht an seinem Computer arbeitet. Diese Variante des Parallel Computing wird als GRID-Computing bezeichnet.

Anwendungsbereiche des Grid-Computing 
Für das GRID-Computing geeignete Probleme können in zahlreiche Teilaufgaben aufgegliedert werden. Bei Klimavorhersageproblemen zum Beispiel beeinflussen zahlreiche Parameter die Vorhersage des Klimamodells. Der Einfluss jedes Parameters kann an eine CPU irgendwo in der Welt weitergegeben werden, die sonst nur Energie verbrauchen und einen Bildschirmschoner laufen lassen würde. In einer GRID-Computing-Umgebung würde dieser Computer zur Berechnung eines Teilresultates benutzt werden, das zur Zusammensetzung des Endergebnisses an den Hauptcomputer des GRID zurückgeschickt wird.
Außer für Klimaberechnungen eignen sich die hochparallelen Computing-Lösungen auch für die medizinische Forschung, wo eine hohe Anzahl an möglichen Kombinationen molekularer Gruppen kombiniert werden können, um eine therapeutische Wirkung zu erzielen. Im Fall einer Epidemie könnte die rasche Erstellung eines wirksamen Medikaments Millionen von Leben retten.

Funktionsweise
Das Hauptproblem, an dem der GRID-Computer arbeitet, wird von einem Verteilerprogramm kontrolliert, das die Probleme aufgliedert und die Lösungen in Empfang nimmt. Dies ist ein gewöhnlicher Computer, der über eine gewisse rechnerische Leistung verfügen sollte, da er Millionen unbenutzter Computer im Web innerhalb einer angemessenen Zeit füttern soll. Andernfalls tun die „knarrenden hungrigen Maschinen“ genau das, was das GRID-Konzept zu vermeiden versucht: Energie verbrauchen ohne Resultate zu erzeugen. Die Verantwortung, die richtigen Probleme zum richtigen Zeitpunkt zu verteilen, liegt bei der GRID-Hosting-Gesellschaft. Für die Benutzer ist es wichtig, über eine sichere und vertrauensvolle Umgebung zu verfügen und zu vermeiden, dass Spy-Software, Viren oder andere Schädlinge in die Grid-Umgebung eingeschleust werden.

Wege zur Teilnahme
Eines der bekanntesten GRID-Systeme wird von IBM angeboten und für die Klimavorhersage sowie für die pharmazeutische Forschung benutzt. ForscherInnen können sich zur Einbringung ihres Problems in die GRID-Computing-Umgebung anmelden und die fertigen, zusammengesetzten Resultate aus dem GRID-Computer zurückerhalten. Um einen Missbrauch der GRID-Umgebung zu vermeiden, müssen die ForscherInnen mit der Gesellschaft, die die GRID-Umgebung zur Verfügung stellt, verhandeln, in diesem Fall IBM. Die Entwicklung weiterer GRID-Umgebungen wird erwartet; diese werden ihre eigenen GRID-Bildschirmschoner verteilen und die Internetgemeinschaft um Hilfe bitten. Für beide Seiten, sowohl für die ForscherInnen, die um Rechnerleistung bitten, wie für die Kunden, die Rechnerleistung anbieten, ist es wichtig, sicher zu sein, dass keine schädlichen, ungewünschten oder illegalen Handlungen unterstützt werden.
 
Kunden, die der GRID-Gemeinschaft ihre nicht-aktive Zeit anbieten möchten, können sich auf IBMs Website für GRID-Computing anmelden. Nach der Anmeldung, die jeden Missbrauch von der Seite des Kunden ausschließt, kann der Computerbesitzer ein Bildschirmschonerprogramm herunterladen, das mit dem Verteilercomputer in Verbindung steht. Die Bildschirmschonerprogramme sind verfügbar für PCs mit den Betriebssystemen Windows, Linux und Mac. Nach der erfolgreichen Installation beginnt das Programm, den Verteilercomputer von IBM zu kontaktieren. Eine Log-Datei zeigt den Kommunikationsprozess selbst und den Rechnungsprozess an.

Erforderlicher Einblick
Um die Idee der GRID-Computing-Umgebung zu fördern, hat IBM eine Website mit der Simulation eines GRID-Verteilerprozesses erstellt. Diese Website erlaubt es dem Benutzer, als Verteiler zu arbeiten, während willkürliche Ereignisse in das Nachrichtensystem der Simulation eingegeben werden. Der Spieler muss seine Verteilungsprioritäten nach diesen Ereignissen richten. Die Simulation gibt ein Feedback und berücksichtigt dabei die gewählten Prioritäten. Anhand dieses Spiels lernt der Benutzer sowohl die Arbeit des GRID-Computings als auch die Wichtigkeit der Entscheidungsfindung im Verteilungsprozess zu schätzen.

 

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