AnwendungenAnwendungen

GridGridGrid ComputingComputingComputingMiroslawa UtzkaMiroslawa UtzkaOktober 2004Oktober 2004

ÜbersichtÜbersicht

Einleitung Einleitung •• Einsatzgebiete und BeispielprojekteEinsatzgebiete und Beispielprojekte

GridGrid AnwendungenAnwendungen

BOINCBOINC•• Projekte rund um BOINCProjekte rund um BOINC

Seti@homeSeti@home

AusblickAusblick

Wenn Kosten eine Rolle spielenWenn Kosten eine Rolle spielen

PublicResource

ComputingRechen-leistung,

Speicher-kapazität

GRID Computing

Computer Cluster

Super-computer

Kosten

Mögliche Einsatzgebiete für das Mögliche Einsatzgebiete für das GridGrid ComputingComputing

Wissenschaft und ForschungWissenschaft und ForschungGeschäftsanwendungen Geschäftsanwendungen -- Kommerzielles Kommerzielles GridGrid ComputingComputing

Beispiele:Beispiele:•• Mathematische BerechnungenMathematische Berechnungen

•• FaktorisierungFaktorisierung von Zahlenvon Zahlen•• Berechnung von Nullstellen komplexer FunktionenBerechnung von Nullstellen komplexer Funktionen

•• Risikobewertung im BankwesenRisikobewertung im Bankwesen•• ChipChip--Design in der IndustrieDesign in der Industrie•• CrashCrash--SimulationenSimulationen•• ÖlfeldsucheÖlfeldsuche•• Wettervorhersage, KlimaforschungWettervorhersage, Klimaforschung•• Wissenschaftliche SimulationenWissenschaftliche Simulationen•• Diagnosen in der MedizinDiagnosen in der Medizin•• BiotechnikBiotechnik

BeispielprojekteBeispielprojekte

Geschäftsanwendungen Geschäftsanwendungen •• Banken und VersicherungenBanken und Versicherungen

•• Managen von AktienportfoliosManagen von Aktienportfolios•• Nutzung für komplexe RisikoanalyseNutzung für komplexe Risikoanalyse

•• Online Video Spiele MarktOnline Video Spiele Markt•• Zusammenarbeit von Zusammenarbeit von Butterfly.netButterfly.net und IBMund IBM-- Intelligente Verteilung von Rechenleistung innerhalb einer Intelligente Verteilung von Rechenleistung innerhalb einer

vernetzten Serververnetzten Server--Farm zur Realisierung einer besonders hohen Farm zur Realisierung einer besonders hohen Anzahl von SpielernAnzahl von Spielern

GridGrid AnwendungenAnwendungen

Distributed SupercomputingDistributed Supercomputing

High Throughput ComputingHigh Throughput Computing

OnOn--DemandDemand--ComputingComputing

Data Intensive ComputingData Intensive Computing

Collaborative ComputingCollaborative Computing

Distributed Supercomputing

Verbund von verschiedener Supercomputer die über Verbund von verschiedener Supercomputer die über Hochgeschwindigkeitsverbindungen gekoppelt sind.Hochgeschwindigkeitsverbindungen gekoppelt sind.

Frage im Vordergrund:Frage im Vordergrund:wie viele Rechenoperationen pro Sekunde erreicht wie viele Rechenoperationen pro Sekunde erreicht werden könnenwerden können

Beispiel:Beispiel:•• Im Bereich der EchtzeitanwendungenIm Bereich der Echtzeitanwendungen

Distributed Interactive SimulationsDistributed Interactive Simulations (DIS)(DIS)z.B. Simulierte Weltenz.B. Simulierte Welten

High Throughput ComputingKoordination und Nutzung von ungenutzten Ressourcen in schwach Koordination und Nutzung von ungenutzten Ressourcen in schwach gekoppelten Systemengekoppelten SystemenVon besonderem Interesse ist hier der Durchsatz der möglichen Von besonderem Interesse ist hier der Durchsatz der möglichen BerechnungenBerechnungenBerechnungen, die selbst für Supercomputer unmöglich in einer Berechnungen, die selbst für Supercomputer unmöglich in einer angemessenen Zeit zu lösen sindangemessenen Zeit zu lösen sind

Frage im Vordergrund:Frage im Vordergrund:Wie viele FLOPS pro Monat oder Jahr erreicht werdenWie viele FLOPS pro Monat oder Jahr erreicht werden

Beispiel: Beispiel: •• seti@home seti@home •• Cancer Research ProjectCancer Research Project

Bedingung:Bedingung:•• Es muss möglich sein das Problem/ die Daten in kleine Häppchen Es muss möglich sein das Problem/ die Daten in kleine Häppchen

zu unterteilen zu unterteilen →→ Vielzahl “überschaubarer” AufgabenVielzahl “überschaubarer” Aufgaben

On-Demand-Computing„Rechenleistung auf Bedarf“„Rechenleistung auf Bedarf“Vergleichbar mit dem elektrischen StromnetzVergleichbar mit dem elektrischen StromnetzIm Kern handelt es sich um eine DienstleistungIm Kern handelt es sich um eine DienstleistungUnternehmen können kurzfristig Rechenleistung bzw. Unternehmen können kurzfristig Rechenleistung bzw. Speicherkapazität anmieten Speicherkapazität anmieten •• kurzfristig, kurzzeitig kurzfristig, kurzzeitig →→ deswegen günstig!deswegen günstig!

•• Beispiel:Beispiel:•• Ressourcen können Berechnungen, Software oder Daten seinRessourcen können Berechnungen, Software oder Daten sein

Bsp. MeteorologieBsp. Meteorologie

Anbieter unter anderem sind:Anbieter unter anderem sind:•• HPHP•• IBMIBM

Data Intensive ComputingKonzentriert sich auf die Synthetisierung von neuen Konzentriert sich auf die Synthetisierung von neuen Informationen aus großen verteilten DatenbeständenInformationen aus großen verteilten Datenbeständen

„Die Nadel im Heuhaufen finden“„Die Nadel im Heuhaufen finden“

Daten sollen zu einem bestimmten Zeitpunkt lokal Daten sollen zu einem bestimmten Zeitpunkt lokal vorhanden seinvorhanden sein

Hohe Bandbreitenanforderungen Hohe Bandbreitenanforderungen

Mögliche Einsatzgebiete: Mögliche Einsatzgebiete: •• Hochenergie Physik Hochenergie Physik

((distributed system for high energy physicsdistributed system for high energy physics))•• Wettervorhersage in modernen meteorologischen SystemenWettervorhersage in modernen meteorologischen Systemen

Collaborative ComputingErmöglicht die bessere Koordination von Mensch –zu – Mensch Interaktionen

Der Fokus liegt auf Echtzeit- Interaktion

Beispiel:Argonne National LaboratoryArgonne National LaboratoryVRGeoVRGeo ProjektProjekt

Beispiele für Beispiele für GridsGrids

Globus Globus ToolkitToolkitSeti@home Seti@home ClassicClassicIBM IBM ZetaGRIDZetaGRIDCERNCERN--DataData GridGrid (LHC)(LHC)BOINC ProjekteBOINC Projekte

„Die Zukunft gehört“ BOINC „Die Zukunft gehört“ BOINC

BOINC BOINC Berkeley Berkeley Open Infrastructure for Network ComputingOpen Infrastructure for Network Computing

Ziele:Ziele:•• Kostengünstige PRC ProjekteKostengünstige PRC Projekte•• Abkopplung der Projekte von der SoftwareAbkopplung der Projekte von der Software•• Einfache und bequeme Multi Projekt TeilnahmeEinfache und bequeme Multi Projekt Teilnahme•• Überprüfbare und glaubwürdige ErgebnisseÜberprüfbare und glaubwürdige Ergebnisse•• Einfache Anpassung an neue oder sich ändernde AnforderungenEinfache Anpassung an neue oder sich ändernde Anforderungen•• Viele und verschiedene Wissenschaftliche Projekte Viele und verschiedene Wissenschaftliche Projekte

Struktur eines BOINC Projektes Struktur eines BOINC Projektes

Projekt BackendProjekt Backend DatenserverDatenserver

Web Web Interface'sInterface's Utility ProgrammeUtility Programme

BOINC DatenbankBOINC Datenbank

VVEERR

CCLLIIEENNTT

Serv

er K

ompl

exSe

rver

Kom

plex

SSEERR

SchedulingScheduling ServerServer

Wissenschaftliche AnwendungWissenschaftliche AnwendungBOINC Client Schnittstelle (API)BOINC Client Schnittstelle (API)

Basis ClientBasis Client

BOINC Software BOINC Software

Die Projekte rund um BOINC (1) Die Projekte rund um BOINC (1)

SETI@home (BOINC)SETI@home (BOINC) -- NothernNothern Hemisphere SearchHemisphere SearchIst am 22. Juni 2004 offiziell gestartet Ist am 22. Juni 2004 offiziell gestartet

Predictor@homePredictor@home ((protein structure predictionprotein structure prediction))Seit Juni 2004 im Alphatest Seit Juni 2004 im Alphatest

ClimatePrediction.netClimatePrediction.net(predictions of climate change and global warming)(predictions of climate change and global warming)Am 12. September 2003 begann offiziell der EchtbetriebAm 12. September 2003 begann offiziell der Echtbetrieb

AstroPulseAstroPulse ((Astronomical Pulse DetectionAstronomical Pulse Detection))Herbst 2004 soll der Testbetrieb wieder aufgenommen werdenHerbst 2004 soll der Testbetrieb wieder aufgenommen werden

Predictor@homePredictor@home

Proteinstrukturvorhersage

ClimatePrediction.netClimatePrediction.net

Die Projekte rund um BOINC (2) Die Projekte rund um BOINC (2)

Einstein@homeEinstein@home ((Erforschung von Gravitationswellen Erforschung von Gravitationswellen ))FrühjahrFrühjahr 2005 (Beitrag zum Weltjahr der Physik 2005 )2005 (Beitrag zum Weltjahr der Physik 2005 )

SETI@home IISETI@home II Southern Southern Hemisphere SearchHemisphere SearchVoraussichtlich Mitte 2005 Voraussichtlich Mitte 2005

Folding@homeFolding@home ((protein folding)protein folding)Demnächst als BOINC Projekt verfügbar Demnächst als BOINC Projekt verfügbar

LHC@homeLHC@home (Large (Large HadronHadron ColliderCollider)) PartikelbeschleunigerPartikelbeschleunigerAm 1. September 2004 Betatest gestartet (nur 1000 Teilnehmer)Am 1. September 2004 Betatest gestartet (nur 1000 Teilnehmer)29.09.2004 Echtbetrieb gestartet29.09.2004 Echtbetrieb gestartet

Folding@homeFolding@homeProtein Faltung bestimmte

LHC@homeLHC@home

Seti@home ÜberblickSeti@home ÜberblickS.E.T.I S.E.T.I SSearch for earch for EExtraxtraTTerrestrialerrestrial IIntelligencentelligence

•• Radioteleskop liefert gewaltige Datenmengen, die mit Radioteleskop liefert gewaltige Datenmengen, die mit herkömmlichen Großrechnern nicht zu verarbeiten sindherkömmlichen Großrechnern nicht zu verarbeiten sind

•• Teilnehmer installiert Teilnehmer installiert SETISETI--ClientClient (BOINC) dieser (BOINC) dieser bekommt Daten, wertet sie aus und sendet Ergebnis bekommt Daten, wertet sie aus und sendet Ergebnis zurückzurück

•• Client arbeitet nur wenn sich Rechner im Leerlauf Client arbeitet nur wenn sich Rechner im Leerlauf befindet (z.B. Bildschirmschoner)befindet (z.B. Bildschirmschoner)

Arecibo Radio Arecibo Radio ObservatoryObservatoryFertig gestellt: 1963Fertig gestellt: 1963Ort: Arecibo, Ort: Arecibo, Puerto Rico, USA Puerto Rico, USA

Durchmesser: 305 mDurchmesser: 305 mTiefe: 51,4 mTiefe: 51,4 mFläche des Fläche des Reflektors: 73.000 m² Reflektors: 73.000 m² Gewicht der Gewicht der Antennenplattform: Antennenplattform: 600 t 600 t Sendeleistung: Sendeleistung: 500 000 Watt 500 000 Watt

Das größte und Das größte und empfindlichste empfindlichste Radioteleskop der WeltRadioteleskop der Welt

AblaufAblauf1.1. Daten SammelnDaten Sammeln

2.2. SignaleSignale(Kandidaten) finden(Kandidaten) finden

3.3. Daten Integrität Daten Integrität prüfenprüfen

4.4. Störungen die durchStörungen die durchRadiofrequenzRadiofrequenz--InterfrenzenInterfrenzenentstehen entfernenentstehen entfernen

5.5. Endgültige Signale Endgültige Signale (Kandidaten) finden (Kandidaten) finden ––PersistentePersistente SignaleSignale

Scannvorgang an einem TagScannvorgang an einem Tag

Aktueller Stand des ScannensAktueller Stand des Scannens

Wie oft wurde bereits die Zone Wie oft wurde bereits die Zone gescannt gescannt

Seti@home BildschirmschonerSeti@home Bildschirmschoner

SETI@home: Statistik

Gesamt Letzte 24 Std.

BenutzerBenutzer

Empfangene ResultateEmpfangene Resultate

CPU Zeit insgesamtCPU Zeit insgesamt

FPOFPO

CPU Zeit/ CPU Zeit/ WorkunitWorkunit

5 115 495 2 715

1 532 818 080 3 248 739

2 045 520 Jahre 2 510 Jahre

5,5e+21 1,2e+19

11 Std. 41 min 6 Std. 46 min

Stand: 2 Sep 2004 11:48:06Stand: 2 Sep 2004 11:48:06

Wer sucht mit?Wer sucht mit?

Keine signifikante SignaleKeine signifikante Signale51 51 –– 100 signifikante Signale100 signifikante Signale1 1 –– 20 signifikante Signale20 signifikante Signaleüber 100 signifikante Signaleüber 100 signifikante Signale21 21 –– 50 signifikante Signale50 signifikante Signale

Die nächste Generation des InternetDie nächste Generation des Internet

NetworkingNetworking::TCP/IPTCP/IP

Kommunikation:Kommunikation:ee--mailmail, ftp, ftp

Information:Information:World World WideWide WebWeb

ee--BusinessBusinessWorld World WideWide WebWeb

Zusammenarbeit:Zusammenarbeit:Das Das GridGrid

Einheitliche Identifikation,einheitlicher Zugriff aufDokumente

Transaktionen über das Netz

Einheitlicher, schneller Zugriff aufIT Ressourcen für virtuelle Unternehmen

AusblickAusblickGridGrid CommputingCommputing bekommt massive Unterstützung von:bekommt massive Unterstützung von:•• Forschung (CERN,NASA, US National Labs usw.)Forschung (CERN,NASA, US National Labs usw.)•• IT Industrie (IBM, Microsoft, Sun usw.)IT Industrie (IBM, Microsoft, Sun usw.)•• Regierung (EU, BMBF)Regierung (EU, BMBF)

TechnischTechnisch-- wissenschaftliche Anwendungen werden „wissenschaftliche Anwendungen werden „gridfähiggridfähig“ “ gemachtgemacht

GridGrid Technologie wird mittelfristig in allen Betriebssystemen Technologie wird mittelfristig in allen Betriebssystemen integriert (oder optional verfügbar) sein.integriert (oder optional verfügbar) sein.

Implementierungen sind vorhanden wie z.B.:Implementierungen sind vorhanden wie z.B.:•• Globus Globus ToolkitToolkit•• DataData GridGrid ProjectProject•• BOINC SoftwareBOINC Software

WWG WWG –– World World WideWide GridGrid

Vielen Dank für Eure Vielen Dank für Eure

AufmerksamkeitAufmerksamkeit