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请为中国分布式计算贡献力量

可视化 作者:lonfly 时间:2013-02-09 12:25:31 0 删除 编辑

分布式计算

分布式计算是利用互联网上的计算机的 中央处理器 的闲置处理能力来解决大型计算问题的一种计算科学。下面,我们看看它是怎么工作的:

首先, 要发现一个需要非常巨大的计算能力才能解决的问题。这类问题一般是跨学科的、极富挑战性的、人类急待解决的科研课题。其中较为著名的是:

1.解决较为复杂的数学问题,例如:GIMPS(寻找最大的梅森素数)。

2.研究寻找最为安全的密码系统,例如:RC-72(密码破解)。

3.生物病理研究,例如:Folding@home(研究蛋白质折叠,误解,聚合及由此引起的相关疾病)。

4.各种各样疾病的药物研究,例如:United Devices(寻找对抗癌症的有效的药物)。

5.信号处理,例如:SETI@Home(在家寻找地外文明)。

请为中国分布式计算贡献力量



从这些实际的例子可以看出,这些项目都很庞大,需要惊人的计算量,仅仅由单个的电脑或是个人在一个能让人接受的时间内计算完成是决不可能的。在以前,这些问题都应该由超级计算机来解决。但是, 超级计算机的造价和维护非常的昂贵,这不是一个普通的科研组织所能承受的。随着科学的发展,一种廉价的、高效的、维护方便的计算方法应运而生——分布式计算!

随着计算机的普及,个人电脑开始进入千家万户。与之伴随产生的是电脑的利用问题。越来越多的电脑处于闲置状态,即使在开机状态下中央处理器的潜力也远远不能被完全利用。我们可以想象,一台家用的计算机将大多数的时间花费在“等待”上面。即便是使用者实际使用他们的计算机时,处理器依然是寂静的消费,依然是不计其数的等待(等待输入,但实际上并没有做什么)。互联网的出现, 使得连接调用所有这些拥有限制计算资源的计算机系统成为了现实。

那么,一些本身非常复杂的但是却很适合于划分为大量的更小的计算片断的问题被提出来,然后由某个研究机构通过大量艰辛的工作开发出计算用服务端和客户端。服务端负责将计算问题分成许多小的计算部分,然后把这些部分分配给许多联网参与计算的计算机进行并行处理,最后将这些计算结果综合起来得到最终的结果。

当然,这看起来也似乎很原始、很困难,但是随着参与者和参与计算的计算机的数量的不断增加, 计算计划变得非常迅速,而且被实践证明是的确可行的。目前一些较大的分布式计算项目的处理能力已经可以达到甚而超过目前世界上速度最快的巨型计算机。

您也可以选择参加某些项目以捐赠Cpu的内核处理时间,您将发现您所提供的 中央处理器 内核处理时间将出现在项目的贡献统计中。您可以和其他的参与者竞争贡献时间的排名,您也可以加入一个已经存在的计算团体或者自己组建一个计算小组。这种方法很利于调动参与者的热情。

随着民间的组队逐渐增多, 许多大型组织(例如公司、学校和各种各样的网站)也开始了组建自己的战队。同时,也形成了大量的以分布式计算技术和项目讨论为主题的社区,这些社区多数是翻译制作分布式计算项目的使用教程及发布相关技术性文章,并提供必要的技术支持。

那么谁可能加入到这些项目中来呢? 当然是任何人都可以! 如果您已经加入了某个项目,而且曾经考虑加入计算小组, 您将在中国分布式计算总站及论坛里找到您的家。任何人都能加入任何由我站的组建的分布式计算小组。希望您在中国分布式总站及论坛里发现乐趣。

参与分布式计算——一种能充分发挥您的个人电脑的利用价值的最有意义的选择——只需要下载有关程序,然后这个程序会以最低的优先度在计算机上运行,这对平时正常使用计算机几乎没有影响。如果你想利用计算机的空余时间做点有益的事情,还犹豫什么?马上行动起来吧,你的微不足道的付出或许就能使你在人类科学的发展史上留下不小的一笔呢!

分布式计算在中国

    据中国互联网信息中心(CNNIC)的统计信息,中文网民人数占世界的比重已经增长到了12%左右,并且还在快速增长着。这里所说的中文网民是包括大陆、香港、澳门、台湾和海外华人的。

    相比于互联网在中国的快速发展,中国的分布式计算却发展缓慢。就我看来,网民数量的统计并不能十分客观地反映一个国家信息化程度的高低,而参与分布式计算网民的数量或比例却可以明显地看出这个国家科学普及化的水平。在这方面,毋庸置疑,欧美国家是十分领先的。在北欧国家,几乎一半的电脑参加了分布式计算项目,这是一个惊人的数字。再让我们来看看我们中国和印度,尽管我们拥有了不少最新科技,且看上去在网络普及化进程中有不错表现,但是在分布式计算方面却很薄弱。让我们来看些例子:

    SETI@home是世界上最大的分布式计算项目。从中国的参与人数来看,它在中国也是最著名的项目。它通过使用联网的计算机下载程序分析射电望远镜所收到的讯号,来搜索地球外的生命迹象。

    尽管中国在近一年来有所进步,中国的国际排名从29上升到了24,但是我们中国用户却仍然只完成了日本用户完成的工作数的十分之一,而日本,这个高度发达的国家网民人数却少于中国。看来,提高网民素质、提高科学普及化程度也是十分重要的。印度和一些中东国家也有相似的问题,而中欧国家明显在这方面作得比较好,不少独联体国家所完成的数据量已经超过了俄罗斯联邦的总合。

    Climateprediction工程是把最新的气候预测模型通过家庭、学校、办公室的计算机来进行计算。这些计算完成的结果将会组成世界最大的气象预测模型。气候改变了,而我们对此的行动已经是全球重要的话题。这将影响到人类的农业生产、水资源量、生态系统、能源需求、保险花费和很多其他与人类息息相关的方面。确凿的科学依据表明,地球在在接下来的几个实际可能会变得温暖话,但是我们无法估计到底变化会有多大。如果您参加,这将能有助与21世纪的气候科学预测。

    中国目前已经有了很多计算机,其中不乏性能极其先进的。而他们中的大多数仅仅是打字、播放幻灯而已。这不能不说是一种资源的浪费。

    从另外一个角度看,我们不难发现发达国家和发展中国家的差距。我们把这种现象称为数字鸿沟。另一个现象同样令人痛心疾首,所有的分布式计算项目都是由发达国家,如:美国、德国、英国、日本等发起的,这一方面也加深了科学鸿沟。斯坦福大学化学系的戈尔哈姆·理查德·切尔曼教授说,分布式计算将加快整个人类的科学进程。科学家们现在可以完成以前从来想不到要去完成的,或者要花几十年几百年才能完成的计算任务。这是的确是千真万确的,但是这种计算从一定程度上助长了发达国家的科学垄断。

    目前,中国有关部门也开始意识到分布式计算的重要性,一些大学教授和科学家也开始钻研分布式计算科学,比如:中科院CAS@HOME和清华大学的“清水计划”。

   如何加入分布式计算?

中国分布式计算总站:http://www.equn.com/wiki/首页

在页面中选择【程序下载】,选择适合自己系统的程序即可。安装完成后需重启,即可加入项目。

中国分布式计算论坛:http://www.equn.com/forum/forum.php

较有科学意义的项目

CAS@home:由中国科学院高能物理研究所计算中心所搭建的,基于BOINC志愿计算软件的志愿计算平台,用来给中国的科学家们使用。CAS@home收集利用志愿者们所贡献的计算资源用于中国科学院以及中国其它的研究机构使用,它能够提供大量免费的计算资源来帮助科学家们来完成科学计算任务。因此,CAS@home是支持多应用的计算平台。在CAS@home上移植的第一个应用是由中国科学院计算机技术研究所(ICT)提供的,它是基于SCThead软件用来进行蛋白质预测的研究。另外,清华大学微纳米力学和跨学科创新中心(CNMM),正在准备移植的应用是用于在纳米级上面模拟研究液体的流动与固体的运动,中国科学院北京基因组研究所正在准备的的应用是用于癌症研究中的基因测序应用,中国科学院高能物理研究所(IHEP)正在准备的应用是基于BOSS软件用来模拟在北京正负电子对撞机的粒子对撞。

SETI@home: 是一项利用全球联网的计算机共同搜寻地外文明的科学实验计划。志愿者可以通过运行一个免费程序下载并分析从射电望远镜传来的数据来加入这个项目。

Einstein@home: 通过分析处理引力探测器收集到的数据,来证明爱因斯坦最重要的预言之一——引力波的存在。爱因斯坦认为,人类生活在一个充满了引力波的宇宙之中,恒星的爆炸,黑洞的碰撞以及其它强烈的宇宙事件制造了引力波,从而可能改变时间和空间。迄今为止,人类还没有探测到这些引力波,这是因为这些十分微小的引力波需要足够灵敏的仪器才能测量到,就好比在地球测量太阳上一个原子的宽度一样困难。随着科技的进步,我们已经拥有了足够灵敏的探测器来观测这些引力波。其中,位于美国的激光干涉引力波天文台探测器和位于德国的 GEO 600 探测器正在共同探测来自恒星和黑洞的引力波。这个实验需要庞大的数据处理能力,Einstein@home 的建立即是解决引力波实验数据处理瓶颈的分布式计算项目。

LHC@home帮助欧洲核子研究中心的科学家们模拟粒子在 LHC 的管道中回旋运动,以应对混沌等不确定因素。

Climateprediction.netCPDN 项目是试图预测21世纪气候的一项实验。当前的主流科学认为,地球的气候会变暖。人类文明诞生时所处的年代正是第4冰期和第5冰期的间隔期,是一个比较暖和的地质时代。而到了现在,这个间隔期已经到了末期,在未来的几百年内很可能会进入第5冰期。而由于气象的复杂性,其长期变化规律一直没有较好的理论,人类也就无法预知第5冰期将具体在什么时间到来,也不知道气候会变暖多少。CPDN 正是为研究气候长期变化而开展的一个利用分布式计算强大计算力的科学研究项目,CPDN 的研究数据、结论都是无偿的、公开的。CPDN 运算耗时较长,占用内存和硬盘空间极大,不建议在配置较低的计算机上进行计算。

请为中国分布式计算贡献力量

QMC@home试图深度开发量子化学领域的一个非常有前途的方法——量子蒙特卡洛法 (QMC) 。我们知道,一切生命活动的背后其实都是分子间的各种化学反应。因此,各类生命科学学科的研究都需要探测分子的结构、预测分子间的反应。量子理论能够使我们预测分子结构极其相互反应,但是一旦研究的分子系统变大,量子理论方程会变得难以想象得复杂,至今仍然没有好的解决方案。而量子化学就是解决这个方案的一门分支学科,它利用相当精确的近似计算方法,使人们认识到可以用量子力学原理讨论分子结构问题。量子蒙特卡洛法 (QMC) 就是量子化学学科中一种非常有前途的方法,其中的一个重要优点是它可以使计算模拟工作分割成小块让许多计算机来同时完成,而 QMC@home 就是为量子蒙特卡洛法在量子化学中更广泛的应用服务。

 

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