Pokud by se dnes sestavoval žebříček nejvýkonnějších počítačů současnosti, teoreticky by měl obsahovat nejvýkonnější nástroj - grid. Bohužel to však není možné, protože grid computing má výpočetní kapacitu značně nestálou. Přesto právě na ni spoléhají nejdůležitější projekty dneška, například výzkum rakoviny nebo lidského genomu.
Fronty na strojový čas
Kdysi v pravěku výpočetní techniky byl „strojový čas“, tedy výpočetní doba počítače, přesně rozpočítán. Každý pracovník měl přidělený čas, ve kterém se mu mohl počítač věnovat. A když měl náhodou ve výpočtu chybu, musel čekat, než na něj znovu došla řada.
S příchodem osobních počítačů došlo k liberalizaci. Malá „hračka“ na stole najednou dokázala provádět složitější výpočty mnohem efektivněji než velké stroje. Nastal hromadný úprk k levnějším a zároveň skladnějším strojům.
Ale přechod nenastal všude. Některé oblasti - meteorologické simulace, statistické výpočty, analyzování signálů z vesmíru aj. - stále vyžadovaly opravdu výkonné stroje, oproti nimž stolní počítače vypadaly jako kalkulačky.
Až výzkumníky z firmy DEC napadlo, že by se daly výpočty rozdělit mezi více počítačů, čímž by se potřebná doba výpočtu zkrátila úměrně počtu zapojených strojů. Navíc by se daly i k výpočtu složitých úloh použít běžné „domácí“ počítače. Nejprve tento princip vyzkoušeli u faktoringu, tedy u rozkladu čísla na prvočinitele. Protože byli úspěšní, začali hledat další možnosti využití.
Rozkouskované výpočty
„Podmínkou tohoto způsobu výpočtů je, aby se úloha dala rozdělit na skoro úplně nezávislé části. Hodí se například na matematické výpočty, kam patří třeba frekvenční analýza používaná při hledání vzorců a závislostí v naměřených datech,“ říká Petr Koubský z měsíčníku Inside.
Původní název takových výpočtů byl distributed computing - rozložené výpočty - a poměrně přesně vyjadřoval způsob fungování. Složitá úloha se rozkouskuje na spoustu menších úloh, které se rozdělí mezi jednotlivé počítače. Když počítač svou část „splní“, může si vyzvednout další kousek a pokračovat v práci. Takto se postupuje, dokud není celá úloha hotová. „Výhodou tohoto systému je, že umožňuje získat výkon superpočítače - velmi drahého specializovaného stroje za miliony dolarů - prakticky zadarmo,“ říká Petr Koubský. Proč zadarmo? Protože se většinou využívá okamžiků, kdy na počítači nikdo nepracuje.
Prolomená šifra
Mezi první úlohy, které distributed computing řešil, bylo „lámání“ šifrování. Ostatně není divu, protože na tyto úlohy byly vypsány odměny. Již v roce 1993 byla prolomena šifra RSA-129, pro kterou „stačilo“ rozložit 129místné číslo.
Ale mnohem zajímavější bylo prolomení 56bitového šifrování v roce 1997, které bylo do té doby považováno za bezpečné a většina firem nebo i států ho používala pro zabezpečenou komunikaci.
Nebylo to však pouze dešifrování, na které se používaly distribuované výpočty. Spojený výkon počítal různé matematické konstanty, například číslo pí na stamiliony desetinných míst.
Signály z vesmíru
Průlomovým projektem byl SETI@home v roce 1999. Poté, co NASA přestala v 90. letech financovat průzkum signálů přicházejících z kosmu, rozhodli se v něm pokračovat dobrovolníci. Mezi lidmi dostal projekt celkem logicky přezdívku hledání ufonů. Každý si mohl na svůj počítač stáhnout malý program. Ten pracoval ve chvílích, kdy u počítače nikdo neseděl, a prováděl analýzu části signálů z vesmíru. Každý tak mohl doufat, že právě on, tedy jeho počítač, jako první odhalí signál od inteligentních bytostí. Základy byly položeny.
Lidé byli připraveni se rozdělit o nevyužitý výkon počítače. Zapojením do projektu obětovali část svého soukromí - na jejich počítači v jejich nepřítomnosti běžel cizí program. Ten se většinou spustí jako spořič obrazovky několik minut poté, co se na počítači nic jiného neděje. To už se systému pomalu začalo říkat grid computing - síťové výpočty.
Zatímco distribuované výpočty jsou abstraktní pojem, který hovoří k odborníkům, grid, tedy mřížka, je název logický. Grid je pevná mřížka, pevně organizovaná struktura. Každý účastník pochopí, že on je jedním bodem mřížky a odevzdává svůj díl práce do celkové struktury. Trochu to připomíná mraveniště, i když se tam nic nehýbe.
Být jedním bodem mřížky
Časová osa |
|
1988 členové výzkumného týmu DEC Arjen K. Lenstra a Mark S. Manasse napsali program, který rozdělil faktorizaci mezi více počítačů
1990 skupina 100 lidí dokázala rozdělit 100místné číslo na prvočinitele
1993 600 dobrovolníků získalo cenu 100 dolarů za rozklad 129místného čísla, čímž prolomili šifrování RSA-129
1997 byla prolomena šifra DES 56
1999 distributed.net a EFF dokázaly prolomit šifrování DES za méně než 24 hodin
1999 spuštění projektu SETI@home
květen 2000 k projektu SETI@home se připojil dvoumiliontý uživatel
2003 dva miliony účastníků projektu Grid.org zkrátilo rozbor možných vakcín proti neštovicím z roku na tři měsíce
2004 spuštění projektu World Community Grid |
Po SETI@home přišly již skutečně užitečné projekty. Dobrovolníci mohli na svém počítači nechat hledat léky proti rakovině, AIDS nebo jiným závažným chorobám, které lidstvo trápí. Například loni dva miliony účastníků projektu Grid.org zkrátilo rozbor možných vakcín proti neštovicím z roku na tři měsíce. „Možná to zní odvážně, ale časem by mohl být grid computing užitečný skutečně pro jakoukoli aplikaci,“ říká počítačový publicista Jiří Hlavenka. Jedním z posledních projektů, které nejsou již tak „samoúčelné“ jako prolamování šifer nebo hledání mimozemských civilizací, je World Community Grid (WCG). Jeho účel je čistě altruistický, bude sloužit zdarma pro vědecké účely.
„Na altruistické projekty je grid computing lépe připraven,“ říká Jiří Hlavenka, „postupem času se však budou zcela jistě prosazovat možnosti běžného nasazení, například ve velkých firemních sítích.“
WCG je společný projekt IBM, Světové zdravotnické organizace a OSN. IBM zajišťuje technickou část, zbylé organizace vybírají projekty, které se budou pomocí WCG zpracovávat. Vždy bude vybráno 5-6 charitativních projektů, které mohou přispět celému lidstvu. Prvním projektem je mapování lidského genomu, což by mělo zjistit dávný původ lidí a jejich rozšíření po Zemi.
Jako druhotný efekt výzkumu se předpokládá, že poslouží při výzkumu malárie nebo tuberkulózy.
ProWCGjiž v současnosti pracuje přes 100 000 počítačů z mnoha zemí světa. Jenom v České republice jich je přes 500 a jejich počet zřejmě poroste. Jako první se zapojují počítačoví odborníci, ale s dostupností kvalitního připojení do internetu se použití WCG rozšiřuje i mezi běžné uživatele.
„Dlouho jsem měl na počítači SETI@home, teď jsem zapojen do World Community Grid. Nic to nestojí, je to módní, je to hi-tech a pomáháte dobré věci… to je přece příjemné, ne?“ uzavírá Petr Koubský.
Adresy několika gridových projektů: |
|
|
