Metakomputer – wielkie wyzwanie techniki

Coraz powszechniej stosuje się takie nazwy nauk, jak: fizyka, mechanika czy biologia z przymiotnikiem "obliczeniowa" (lub, niezbyt fortunnym, "komputerowa"). Pojawiło się także ogólne określenie "nauka obliczeniowa" (computational science), obejmująca wspólną metodykę dotyczącą wykorzystania współczesnych systemów komputerowych w naukach przyrodniczych, matematycznych i technicznych. W przyjętym przez Kongres USA w grudniu 1991 r. dokumencie High Performance Computing and Communications Act (HPCC), przedstawionym przez ówczesnego senatora Alberta Gore, wymienia się, w zakresie nauk obliczeniowych, następujące "Wielkie Wyzwania" (Grand Challenges): astronomia, mapowanie genomu ludzkiego, inżynieria molekularna leków, architektura okrętowa, chromodynamika kwantowa, biologia strukturalna, inżynieria półprzewodników, nadprzewodnictwo, akustyka podwodna, modelowanie zmian pogody, klimatu i zmian globalnych.

Właśnie rozwój nauk obliczeniowych stał się wyzwaniem i inspiracją dla informatyki, zwłaszcza w zakresie zastosowania systemów równoległych i rozproszonych. Wymieńmy przykładowo takie kierunki rozwoju sprzętu i oprogramowania, które mają duży wpływ na możliwości nauki obliczeniowej, np. systemy wizualizacji, pamięci masowe, klastry stacji roboczych, środowiska programowania (języki równoległe, technologia kompilatorów, systemy przesyłania komunikatów, narzędzia modelowania i analizy).

Gigabity informacji na sekundę

W latach 1990-1995 nastąpił dynamiczny rozwój sieci komputerowych i innych technologii niezbędnych do realizacji efektywnego metaprzetwarzania. Powstało wiele projektów, mających na celu wdrażanie tych technologii. Jednym z nich był projekt BLANCA, realizowany przez National Science Foundation (NSF), Advanced Research Projects Agency (ARPA) oraz AT&T Bell Laboratories. Projekt miał na celu zbudowanie rozległej sieci komputerowej o przepustowości 622 Mb/sek (622 Mb/s) łączącej zachodnie i wschodnie wybrzeża Stanów Zjednoczonych.

Sieć umożliwiła przetestowanie wielu różnych protokołów sieciowych oraz systemów operacyjnych pod względem ich przydatności do obliczeń rozproszonych z wykorzystaniem sieci rozległej o dużej przepustowości. Użytkownicy tej sieci mogli prowadzić wspólne badania poprzez szybką sieć rozległą. Z prac prowadzonych w projekcie wynika, że są ograniczeniem krytycznym w drodze do realizacji idei metaprzetwarzania. Muszą one przenosić z komputera do komputera gigabity informacji w ciągu jednej sekundy. Transmisja ta musi być jednocześnie pewna i bezpieczna. Mówiąc o informacji, mamy tu na myśli zwykłe dane, jak i informacje multimedialne (obraz, dźwięk) przy zachowaniu pełnej interakcji, z jaką mamy do czynienia np. w rzeczywistości wirtualnej.

Projekt BLANCA dzisiaj uznawany jest za prekursora badań nad wykorzystaniem szybkich sieci rozległych do metaprzetwarzania. Od tego czasu nie nastąpił znaczący postęp w rozwoju sieci komputerowych. W dalszych projektach skoncentrowano się głównie na opracowaniu oprogramowania systemowego metakomputera, zakładając jednocześnie, że ograniczenia sieci komputerowych będą coraz mniejsze. Toteż metakomputera powinno być skalowalne do przyszłych osiągnięć w dziedzinie transmisji danych.

Najbardziej znane systemy to Globus i Legion w USA oraz E=mc<sup>2</sup> w Europie. Spośród tych trzech systemów pierwszą pozycję zawsze zajmował Globus.

Globus

Projekt Globus jest prowadzony przez dwa ośrodki: Argonne National Laboratory i University of Southern California's Information Sciences Institute. Po raz pierwszy Globus został zaprezentowany w doświadczeniu I-WAY (Information Wide Area Year) na konferencji Supercomputing '95. I-WAY jest próbą połączenia szybkimi sieciami ATM zasobów komputerowych wraz z wirtualnymi środowiskami wizualizacyjnymi o bardzo dużych możliwościach graficznych. Wszystkie zasoby są rozproszone geograficznie w skali całego kraju (USA) i znajdują się w 30 ośrodkach superkomputerowych.

Przykładowe problemy, które były liczone na tak skonstruowanym metakomputerze, to wizualizacja zachmurzenia na danym obszarze w czasie rzeczywistym, interfejsy rzeczywistości wirtualnej do obliczeń dynamiki płynów oraz elementów skończonych, pozwalające na "wejście" użytkownika (lub wielu użytkowników jednocześnie) do obliczonej struktury i naoczne jej badanie. I-WAY stanowi jednak tylko bazę techniczno-sprzętową metakomputera. Innym zagadnieniem są procesy zarządzania metakomputerem, rozdziału zasobów, bezpieczeństwa itp.


TOP 200