关于发展战略高技术的一些思考李国杰中国科学院计算技术研究所ppt课件

1、织女星网格与中国国家网格张松 zhangsict.ac中国科学院计算技术研讨所2004.12.04 南京目录计算所织女星网格(VegaGrid) 简介织女星网格操作系统(Vega GOS)织女星网格技术运用例如织女星网格的未来总结计算所织女星网格(Vega Grid)网格-下一个浪潮?杂志：电脑业趋势美国杂志科技版于2001年9月发表了一组文章，分析了信息技术40年的开展历史和今后20年的趋势，指出网络计算将极大地改动人们的任务和生活，信息技术的下一波大浪潮将在20042005年度出现，并培育2005-2020 十五年的黄金时代这个大浪潮将极大地改动我们的任务和生活。到2020年，由此产生的互

2、联网将生长为一个20万亿美圆产值的大工业。 信息市场从2000年的一万亿美圆增长20倍。这一波浪潮的本质特征，就是万维网World Wide Web升华为网格Great Global Grid。2020年计算机技术将广泛普及对国民经济和社会开展的影响时间专家运用早期流行公众认识广泛运用大型机-终端客户机-效力器因特网按需计算网格我们目前所处阶段计算机科学与技术开展趋势共享、协同和集成越来越重要从公众认识阶段到广泛运用阶段普遍但不可见pervasive but invisible, silent好用性大幅加强信息、知识、程序、效力的消费者也是提供者基于开放规范的松耦合构造反垄断从高性能到高消费率

3、效力评价规范改动网络效力是主要的运用负载动态复杂、平安可信、环境友好是主要的挑战网格技术的目的:运用层面的互连互通消除资源孤岛计算机计算机因特网网页网页Web运用运用网格GGGGreat Global GridHP Web ServicesIBM Web ServicesMicrosof.NetSun ONE计算和数据网格TeraGridIPGGIGASCI GridData Grid信息网格和知识网格Semantic WebKnowledgeManagementOntologyInformationPlatform商业运用网格CDNRTECWeb Service其它方式P2PParasiti

4、c Computing网格按运用方式划分HP Utility ComputingIBM e-Business on DemandMicrosof.NetSun N1“Gridified InfrastructureIndustrial Perspective on Grids:A Wide Range of ApplicationsFinancialServicesDerivativesAnalysisStatistical AnalysisPortfolio Risk AnalysisManufacturingMechanical/ Electronic DesignProcess Simu

5、lationFiniteElement AnalysisFailure AnalysisLS / BioinformaticsCancer ResearchDrug DiscoveryProtein FoldingProtein SequencingOtherWeb ApplicationsWeather AnalysisCode Breaking/ SimulationAcademicSources: IDC, 2000 and Bear Stearns- Internet 3.0 - 5/01 Analysis by SAIGrid Services Market Opportunity

6、2005Unique by Industry with Common CharacteristicsEnergySeismic AnalysisReservoir AnalysisEntertainmentDigital RenderingMassive Multi-PlayerGamesStreaming Media什么是织女星网格什么是织女星网格？计算所网格研讨任务的整体计算所对网格的认识突破性创新时机三大战略品牌之一研讨任务的“伞把织女星网格的研讨目的前沿的科学研讨和技术创新本质的社会影响和国际影响对产业的本质推进产品、运用、规范、论文、人才织女星Vega Grid效力网格超级效力器 效

7、力网格Service GridSUMA VEGAVersatile Services通用效力通用效力与资源，共性技术 ,支持多种运用类型,支持多种运用方式,兼容多种现有技术,支持多种平台。 Enabling Intelligence辅助智能自动、自我、 动态、交互 共性智能支持技术 信息、知识、效力的自动消费；设备的自动接入；自我描画、自我路由；动态功能部署，动态页面等。Global Uniformity全局一体连通性 、单一系统映像 、互操作性网格中的一切资源都联成了一个整体，实现了全面的资源共享和协同任务。 Autonomous Control自主控制用户自主、公开规范、以人为中心 反对锁

8、定用户lock-in，吸援用户自愿参与。要让用户自主地运用网格，而不是让网格控制用户织女星网格的业务益处降低本钱提高产出功能Functionality低本钱Cost可依赖性Dependability性能Performance用户为中心User-Centric业务益处:性能客户端：拓广运用面麦特考夫定律：(网络)系统的价值 用户数2布朗定律：网络系统的价值 2社区个数效力器端：提高资源利用率麦特考夫：全球计算机利用率1%航空工业：利用率30%，同时每年必需晋级(3亿元)自动化：减少人为环节优化：并行、缩短途径、拓宽瓶颈用户为中心自主控制：用户选择产品，而不是被厂家锁定(lock-in)商品化趋势

9、独立性趋势程度化趋势专业化效力：系统可根据用户需求个性化动态定制运用、界面、平安与隐私战略、资源共享战略都可定制定制战略可动态调整用户确定定制战略、系统自动完成定制细节更像Web和电视可依赖性可依赖性经常被用户简化为平安可靠包括RAS(可靠性、可用性、可维护性)还包括平安性(Security) 、隐私维护 (Privacy) 、诚信(Trust)由于联通性，网格的可依赖性面临更大挑战网格也具有更高可依赖性的潜力异地冗余(铁路已有很好的实例)多途径检测、监控本钱上述益处(除用户为中心外)，都可以运用现有技术实现网格的优势在于低本钱最根本的缘由是开放规范时间本钱降低开发时间部署时间维护时间人力本钱

10、降低知识本钱降低(系统的运用和维护更方便)硬件和软件本钱降低(独立性,“无限晋级)网格是不是分布式系统？网格是一种分布式系统网格不同与传统的分布式系统开放开放规范、开放系统通用通用规范、通用系统非集中控制自主控制效力方式utility computing平台与根底设备而非处理方案网格是突破性创新运用界面操作系统硬件办公、上网、游戏事务处置、等等命令行、视窗、WebBasic, C, Java, COMWindows,MacOS, LinuxIBM体系构造Intel/AMD处置器微机/效力器网格运用Office.Net网格界面Task-Based Interface网格操作系统.Net to L

11、ongHorn网格硬件Intel next-generationCPUs for grid网格织女星知识网格织女星信息网格GSML软件织女星网格操作系统Vega GOS曙光高性能计算机面向网格的超级效力器资源路由器、网格终端织女星织女星网格是计算所的品牌行业1行业2行业3硬件系统运用软件系统软件运转效力硬件部件a垂直方式 IBM Global Service, EDS SAP, Oracle, BEA IBM, Microsoft, Linux Sun, IBM, HP, Dell Intel, Seagate, Ciscob程度方式织女星网格是计算所的品牌c空间方式龙芯曙光织女星硬件系统运用

12、软件系统软件运转效力硬件部件单机站点网格空间层次织女星网格是计算所的伞把织女星网格是计算所的伞把网格计算机的假设干关键问题什么是处置器？什么是存储器？什么是外部设备？什么是公共编码？什么是指令系统？什么是操作系统？什么是编程言语？什么是数据库？什么是运用软件？织女星网格的影响织女星网格团队整个团队目前曾经超越200人(不包括超级计算机研讨),并且不断吸收来自全球各地的研讨人员.研讨方向:网格操作系统(Vega GOS),计算网格,效力网格,信息网格,知识网格等国内开展网格研讨最早,影响力最大的团队之一国内5大网格,计算所织女星团队承当了其中3个网格的研讨和建立China National Gr

13、id, 国家863方案, 徐志伟研讨员 China Science Grid, 国家自然科学基金, 李国杰院士China Semantic Grid, 国家973方案, 诸葛海研讨员China Education Grid, 中国教育部 Shanghai Grid, 上海市政府织女星网格研讨正在引起国际关注2002年10月，李国杰研讨员应邀在IEEE Tencon 2002和IWADS 2002国际会议上作网格计算和织女星网格的主题报告。2002年7月，徐志伟研讨员应邀在GGF-5上做大会发言，引见了织女星网格，并于2002年12月在HPC Asia 2002做主题报告。诸葛海研讨员应邀担任两

14、个国际杂志编委，并将为Future Generation of Computer Systems担任客座编辑“Semantic Grid专辑。徐志伟研讨员应邀担任International Journal on Grid Computing编委。International Journal of Grid ComputingEditorial Board USRuth Aydt (Illinois), Fran Berman (San Diego), Mani Chandy (CalTec), Andrew Chien (San Diego), David Culler (Berkeley),

15、Jack Dongarra (Tennessee), Ian Foster (Argonne, EIC),Jim Gray (Microsoft), Bill Johnston (Livermore), Ken Kennedy (Rice), Carl Kesselman (USC), Miron Livny (Wisconsin), Paul Messina (CalTec), Peter Steenkiste (CMU)EuropeFranck Cappello (France), Jon Crowcroft (UK), Fabrizio Gagliardi (CERN), Tony He

16、y (UK), Peter Kacsuk (Poland, EIC),Domenico Laforenza (Italy), Jarek Nabrzyski (Poland), Alexander Reinefeld (Germany), Ed Seidel (Germany)A/PDavid Abramson (Australia), Satoshi Matsuoka (Japan), Satoshi Sekiguchi (Japan), Zhiwei Xu (China)织女星网格操作系统(Vega GOS)关于网格的各种观念Grid is evolving, no exact defin

17、ition yetThere are several popular views:The infrastructure viewThe pervasive computing viewThe world-wide computer viewThe utility-computing viewThe integration viewThe Great Global Grid viewOur view: all of the above + opportunity网格技术的本质计算技术的开展史是不断“虚拟化的历史。网格的本质是数字空间更高一层的虚拟化，把连在网上的各种资源看成是一台计算机，即“网络

18、是一台计算机地址空间是计算机体系构造的中心内容。它的一大进展发生在60年代，产生了物理地址、有效地址、逻辑地址、虚拟地址、动态寻址技术，从而使得分时系统、交互式系统、现代操作系统变得能够。网格把资源分成物理资源、逻辑资源和虚拟资源三个层次，不仅数据有地址，各种联网的实物、知识、运用程序等都对应独一的地址，大大扩展的信息技术运用的领域并减化了网格编程的难度。StorageApplicationsProcessingOperating SystemDataI/ODistributed Computing Over a Network of Heterogeneous Resources Using

19、 Open StandardsGrid ComputingVega GOS的目的本研制一套网格软件，可以有效地支持分布在全国各地的多个网格结点，为科学计算和信息效力网格运用用户提供一个平安、一致、好用的界面，让他们可以从网络恣意地方的联网客户机方便地运用网格的资源，实现计算、数据、软件和组合资源的共享Vega Grid 总体思绪GR网页P客户端网格端Internet网页R网页Q网程G1网程G2网程G5网程G8网格操作系统GOS北京结点GSGR上海结点GSGR西安结点GS效力器物理资源GR网格路由器GS网格交换机社区1社区2虚拟资源映射器有效资源或效力编写器编写操作映射操作OGSI关键技术难题资

20、源的自主管理和按需共享共享资源的全局视图聚合计算资源的透明访问和运用大规模数据资源的虚拟化管理平安的运用环境和共享用权快速高效的运用开发运用的高效稳定运转人机之间的大规模协同任务根本技术思绪存储效力器网络物理层虚拟层 封装 注册 映射 访问控制 元数据 集成引擎有效利用 Vega GOS 1.0体系构造网格软件1.0 版层次构造网格软件1.0 版部署构造网格软件1.0 版软件包一个紧缩文件 ( All-in-one整体包), 集效果劳端/客户端/支撑环境, 包括JDK 1.4.1 + patchANT 1.5.xTomcat 4.1.29GT3 Core 3.0.2GOS System Ser

21、vices (Routing, Batch, Data, DDS )GOS API Library测试证书安装过程 1min , 解紧缩配置过程 BOClass = ?中国国家网格CNGrid中国国家网格方案九五期间863方案重点工程“国家高性能计算环境十五863艰苦专项“高性能计算机及其中心软件艰苦专项工程周期: 2002年-2005年863方案经费1亿人民币吸引地方政府、运用部门和产业界2-3倍的配套经费CNGrid的总体目的 建立新一代国家信息根底设备实验床中国国家网格ChinaNationalGrid，简称CNGrid，提供高性能计算、资源共享、协同任务的才干。在科学研讨、环境资源、制

22、造业、效力业中建立假设干大型行业运用网格。研制面向网格计算，具有良好的运用开发环境的高性能计算机，配备网格结点，促进我国高性能计算机的研讨和产业化。在网格体系构造、网格软件、网格运用技术、网格效力方式、网格平安以及网格管理和运转机制等方面突破一批关键技术在网格技术方面到达世界先进程度，大幅度地提高我国的综合国力和国际竞争才干CNGrid的研讨内容 研制具有每秒4万亿次运算才干、面向网格的高性能计算机建立一个具有5-7万亿次聚合计算才干的高性能计算环境即中国国家网格开发一套具有自主知识产权的网格软件建立假设干个科学研讨、经济建立、社会开展和国防建立急需的重要运用网格构成假设干网格技术的国家规范，

23、参与制定国际规范运用网格网格软件网格资源网格系统软件GOS网格运用开发环境网格运用环境科学研讨环境资源制造业效力业高性能计算机数据库数据运用软件Internet三个层次的研讨任务网格实验床环境建立 全国各地8个结点主结点中科院计算机网络信息中心上海超级计算机中心普通结点清华大学北京运用物理所北京中国科学技术大学合肥西安交通大学西安国防科技大学长沙香港大学香港中国国家网格China National Grid HefeiXianChangshaShanghaiHong Kong网格软件部署与试运转网格软件1.0 Alpha版中科院计算所BLAST，DSPBS (Dawning Scalable

24、Portable Batch System)清华大学生物计算门户CAP3，Clustalw，Genscan香港大学OpenPBS+后端cluster计算才干网格软件1.0 Beta版中科院计算所，清华大学，香港大学，一切网格结点单位，部分教育网格院校华中科技大学等织女星网格运用例如中科院计算所承当的信息网格工程VEGAServiceSuite工具集方式的效力网格平台及其根底设备奥运公众效力/应急联动行业运用网格:铁路/水利GIS制造业网格运用电子政务效力组合语义社区中心技术国际规范其它规范规范FLAME 2021 V1InforGridAMGrid v0.8政务可信web效力环境国家规范VEG

25、AGOS网格根底设备人防指挥中心交通指挥中心地震预告中心消防指挥中心通讯市政指挥中心公安指挥中心防汛指挥中心急救指挥中心奥运应急指挥信息网格平台首都之窗信息平台详细实例一“液化了的数据应急指挥系统方案表示图公 安应急指挥中心现场指挥官公众医 疗效力FLAME2021交 通消 防效力中介效力管理中心网格门户奥运信息处置平台表示图织女星网格的未来人机社会高性能低本钱信息系统人机社会问题的来源Jim Gray在1999年的图灵奖获奖演说中，指出，计算机的研讨开发有三个主要的脉络，即巴贝奇问题如何构造计算机系统、布什问题人机之间有什么关系、如何运用计算机以及图灵问题机器智能。Vannervar Bus

26、h在1945年发表“As We May Think的经典文章后，布什问题的一个里程碑发生在1960年，利克莱德J.C.R. Licklider在IRE Transactions on Human Factors in Electronics杂志上发表了“Man-Computer Symbiosis人机共生的论文，重点研讨了人与电脑的关系，即“电脑的运用方式的科学问题，得出了“人机共生的insight，引导了交互式计算技术。 人机共生的思想要点1、人机要共生。机不只是一个工具，而是人的帮手，人的同伴。现实上，人机共生论文的一个草稿的标题就是人机同伴man-computer partnership

27、。因此，不是人事先编好一个程序，让机被动地执行一个人们事先想好的算法；而是人机之间经过延续地交互，经过探求trial-and-error，动态地建立处理问题的模型这种协作方式称为dynamic modeling。2、人机要交互。人机之间必需有即时的、延续的、双向通讯，使能实时command and control，实现实时协作思索，从而加强发明性。 3、人机要分工。人确定目的和动机、提出假设、问问题、提出判别准那么criteria、思索机理、过程和模型、作出判别和决策。总而言之，人的作用是引导思想过程的思绪guide the general line of thought。而机的作用那么是处置

28、执行琐碎细节。比如，将假设转换成可执行的模型，运用数据测试模型；回答以下问题；模拟和执行机理、过程与模型；显示结果包括文字和图形方式、静态和动态方式。 人机社会的思想“人机社会的全称是“人与计算机组成的开放社会an open society of people and computers。它不仅代表了网络计算的科学问题，也代表了一种处理这些问题的方式paradigm和领悟insight，称为“社会计算society computing或“社区计算community computing。归结起来，人机社会在系统、界面和评价规范三个方面有五个特点，也就是与人机共生的五大区别，多人多机people

29、and computers、开放社会open society、深度交互sophisticated interaction、3A运用any place, any time, and on any device、全生命周期高消费率效力full lifecycle high productivity services。 理想的信息网络系统我国信息化面临四大挑战：1信息化本钱高、普及率低，信息化不能有效地带动国民经济和社会的可继续开展；2数字鸿沟加大，相对贫困加剧，宽广人民群众从信息化中获益不多；3计算机、通讯和信息家电产品市场规模虽大但我国自有技术的奉献小，市场依然被外国公司控制。4军民完全隔离建网

30、,呵斥投资的宏大浪费,战时难以保证网络平安。 新型信息化道路我国不仅要走以信息化带开工业化的新型工业化道路，而且在网络与信息系统建立上要走与以往不同的新型信息化道路。新型信息化道路的特点是：低本钱降低一个数量级惠及群众(IPV6,易用性)以人为本计算机与网络围着人转资源共享的网格运用知识与资源地址化可管理、平安可信寓军于民低本钱网络建立道路A性能1000X，本钱1XB性能100X，本钱0.1XC性能10X，本钱0.01X)D(性能1X,本钱0.001X)15年后按MOORE定律可到达的技术/本钱“界面简化模型1/本钱性能MOORE定律与我们的努力目的100100010100010010假定：性能正比于晶体管数，本钱正比于芯片面积另辟蹊径，重点开展低本钱技术我国开展网络通讯要思索国情，不能采取“美国的今天就是我们的明天的开展战略，一定要另辟蹊径。龙芯CPU研制的阅历阐明我们完全有能够研制出性能相当外国产品一半而本钱和功耗只需国外1/10的网络效力器。建立资源共享、按需效力、平安可信、平战结合，表达中国文化特征，以提高国民素质、促进国民经济和社会协调开展为主要运用目的的21世纪国家公共网络根底环境。在此根底上建成世界上最大的新一代信息网络系统基于IPv6，使我国2020年上网用户普及率到达50%以上(7-8亿人上网)，实现像水电供应一样的