Техника - молодёжи 2002-05, страница 16

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Довелось слышать, будто правительство Великобритании решило создать новую крупномасштабную, распределенную по всей стране сеть компьютеров, представляющих собой, по сути, единую вычислительную среду. Зачем это нужно? И предполагается ли что-нибудь подобное у нас?

Игорь Огородников, Московская обл.

Станислав

НИКОЛАЕВ,

инженер

Речь в письме читателя, по всей вероятности, идет о запуске проекта National Grid (Национальная сеть), который курирует Министерство науки и технологий Великобритании. Центр этой сети расположен в Эдинбурге, а в качестве поставщика необходимых программ и технологий выбрана компания IBM.

National Grid будет представлять собой распределенный метакомпью-тер с опорой как на крупные ЭВМ университетов Оксфорда, Кембриджа, Саутгемптона, Империал Колледжа в Лондоне, промышленных предприятий Ньюкасла, Белфаста, Манчестера, Кардифа, так и на множество персональных компьютеров, находящихся в частном пользовании.

Метакомпьютинг — это когда в одно и тоже время множество компьютеров (вплоть до миллионов) параллельно решают одну и ту же задачу. Такой метод появился и бурно расцвел вместе с Интернетом. В какой-то мере он соперничает с суперкомпьютингом — организацией вычислений на сверхмощных ЭВМ. Однако у каждой из этих технологий есть свои особенности и область применения.

СУПЕРКОМПЬЮТЕРЫ ИМЕЮТ МНОЖЕСТВО (до 10 ООО) процессоров, которые объединены быстродействующими линиями связи и параллельно решают одну задачу в реальном масштабе времени.

Самое дорогое в таком компьютере — сверхбыстрая связь. Она необходима потому, что в большинстве современных задач, например, из области физики или химии, существенную роль играют не только внутренние процессы, но и обмен энергией и веществом с окружающим пространством. Поэтому блоки суперкомпьютера должны практически все время обмениваться между собой данными.

Такие области исследований, как прогнозирование ядерных взрывов, конструирование новых машин, проблемы нефте- и газодобычи, фармакология, сейсморазведка, прогнозирование погоды, синтез новых материалов,

остро нуждаются именно в суперкомпьютерах.

Однако существует также класс задач, где вычислительные узлы практически не взаимодействуют друг с другом, выполняя каждый свое задание. К таким задачам относится, например, подбор ключей к зашифрованному тексту, поиск нужных данных в сверхбольшом инфор

мационном массиве и т.д. В данном случае связь между узлами может быть медленной, и с ее обеспечением вполне справятся практически любые локальные или глобальные сети.

Этот важный раздел параллельных вычислений и принято называть мета-компьютингом, а объединенные нескоростной сетью ЭВМ, решающие общую задачу, — метакомпьютером. Таким образом, метакомпьютер можно считать частным случаем суперкомьютера, когда скорость связи между блоками весьма невелика.

В ПЕРВЫХ МЕТАКОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОЕКТАХ связь между узлами системы поддерживалась не в режиме реального времени, а по электронной почте. Так, в 1988 г. американские компьютерщики написали программу, которая позволяла распределить на множество машин решение математической задачи факторизации числа. Вскоре в проекте участвовали более тысячи человек со своими персональными компьютерами, и они довольно быстро решили задачу.

Окрыленные первым успехом, энтузиасты метакомпьютинга стали искать новые области применения своих сил. Следующей задачей, которую они принялись решать, был поиск простых чисел — таких, которые делятся только на 1 и сами на себя. На нынешний день длина самого большого из найденных простых чисел составляет примерно миллион знаков. И работа, в принципе, не завершена, ведь доказано, что простых чисел может быть бесконечно много. А приостановлен их поиск потому, что практической необходимости в нем нет.

Другой проект — нахождение чисел Мерсенна. Они названы так по имени французского ученого Марена Мерсенна, жившего в XVII в. Если 2 возвести в степень какого-нибудь простого числа, от результата отнять 1 и при этом получится опять-таки простое число, — вот оно-то и есть число Мерсенна.

Числа Мерсенна вызывают интерес у математиков, так как позволяют найти новые совершенные числа, почитаемые еще с античности (совершенное число — натуральное число, равное сумме

ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 5 2002

всех своих правильных, то есть меньших этого числа, делителей, например: 6=1+2+3; 28=1+2+4+7+14).

Сложность задачи заключается в том, что числа Мерсенна найти очень трудно. При всей простоте правил их нахождения приходится перебирать множество вариантов, пока, наконец, не найдешь хотя бы одно. Причем гарантий, что пе

ребор какого-то массива обязательно приведет к успеху, нет, поскольку неизвестно, бесконечно ли количество чисел Мерсенна.

Распределенный поиск таких чисел ведется уже с середины 1990-х гг., и кон-ца-края ему пока не видно. Хотя в проекте участвуют тысячи математиков-энту-зиастов, до сих пор им удалось обнаружить всего 38 таких чисел. Причем за последние три года было найдено всего лишь два новых...

РЕШЕНИЕ ГРОМОЗДКИХ ЗАДАЧ из

области теории чисел, при всей своей, казалось бы, практической бесполезности, позволило усовершенствовать и отладить схему распределенных вычислений. Заодно это лишний раз доказало верность мысли древних о полезности изучения простых чисел.

Сегодня основная схема параллельных метакомпьютерных вычислений обычно выглядит так. Разнородные компьютеры связываются между собой через особый сайт в Интернете. Для всех участников проекта пишется общее программное обеспечение. При этом учитывается, что связь между вычислительными узлами имеет весьма небольшую скорость, возможны длительные задержки. Кроме того, компьютеры участников проекта имеют разное быстродействие, объем памяти, а сами участники проекта — неодинаковую квалификацию. Приходится учитывать и тот факт, что кто-то из участников проекта в какой-то момент может разочароваться в своей деятельности и вообще отключиться от сети.

Кроме того, программное обеспечение для метакомпьютерных вычислений должно быть независимым от операционной системы, выполняться любой из распространенных ОС. Таким образом, приходится готовить различные версии рабочих программ для разных участников проекта.

Поэтому даже не всякая задача перебора и поиска пригодна для метакомью-тинга. Тем нее менее такие задачи все же находятся, причем не только в области теории чисел. Кто-то из наших программистов однажды остроумно заметил, что метакомпьютинг применим для

ОДМмвсю wDIVI ПЛАНЕТ

14