HPC与云计算融合参考

融合中的HPC和Cloud Computing

可行性研究

_2011 届现代教育技术中心

专业教育技术学

学号 110711003

学生姓名张晓龙

指导教师桂劲松

完成日期 2011年 12 月 20 日

摘要

高性能计算作为实验和理论以外的第三大科学研究手段，越来越受到重视。高性能计算甚至在一定程度上反映了综合国力发展水平各国都投入巨资建造大型超级计算机，TOP 500的记录不断被刷新。但是超算规模的增加，也给高性能计算的系统管理带来了新的挑战。云计算是一种全新的服务交付模式，允许用户以服务的方式从服务提供商那里获得应用程序、开发环境、硬件平台、虚拟/物理服务器等资源。所有这些服务是按需使用的，用户只需要为已经使用或正在使用的资源付费。其中虚拟化技术是云计算中的一项关键技术，虚拟化技术也可以将一个物理设备抽象成多个逻辑设备。这种模式可以将计算和其他资源分配变得更加灵活、更加可靠、更加容易扩展和升级。云计算这种灵活的弹性应用模式将为解决高性能计算的系统管理带来新的机遇。

通过对高性能计算模式和云计算模式的研究，探讨高性能计算应用在云端的安全问题，成本-盈利问题以及高性能计算的计算性能问题。

关键词：HPC 云计算安全可行性研究

1 研究目的和意义

高性能计算在工程计算、科学研究、遗传基因以及金融风险分析中已经取得了巨大的成就。高性能计算历经几十年的发展，如今不仅仅是作为实验和理论以外的第三大科学研究手段，几乎可以被当作是一个国家综合国力的主要评价标准。云计算在“Google 101”计划之后，“云”的概念在IT界风靡。现如今，虽然我们还没有对云计算有确切的定义，但是云计算的模式已经在我们的网络中普遍应用。随着对云计算的深入理解，一种全新的网络环境和一种全新的观念模式已经初现端倪，作为终端用户，虽然我们不知不觉，但是“云”正在慢慢改变我们的上网习惯。

首先，我们要区分这两种技术。有些人由于对“云”和高性能计算了解较少，经常将二者混淆。简而言之，高性能计算(HPC) 指通常使用很多处理器（作为单个机器的一部分）或者某一集群中组织的几台计算机（作为单个计算资源操作）的计算系统和环境；云计算（Cloud Computing）是网格计算（Grid Computing ）、分布式计算（DistributedComputing）、并行计算（Parallel Computing）、效用计算（Utility Computing）、网络存储（Network Storage Technologies）、虚拟化（Virtualization）、负载均衡（Load Balance）等传统计算机和网络技术发展融合的产物。

其次，随着高性能计算规模的爆炸式增长，高性能计算的系统管理迎来了新的挑战。在固定资源情况下，多用户使用的高性能计算系统作业调度追求系统利用率和用户服务质量平衡，但很难同时保证；随着高性能计算应用的普及，各种应用从底层操作系统、到并行计算中间件(如MPI)以及上层的应用软件都各不相同，对于计算、网络和存储等物理层硬件的要求也不尽相同；高性能计算的体系架构也在不断演进，GPU和众核异构体系加速了计算性能的提升，但也使得高性能计算的作业调度变得更加复杂。云计算灵活的弹性应用模式将为解决上述高性能计算的系统管理带来新的机遇。

但是，一方面，云计算采用的关键技术是虚拟化，这样可以使资源按需调度，但也势必导致牺牲一部分速度。而高性能计算则追求高速,两者看似矛盾。另外一方面，人们又期望以云计算的灵活的弹性应用模式来解决公共高性能计算平台的系统管理问题。

最后，云计算带来的安全性问题和利益纷争也制约了“云”技术的发展。而当今网络带宽较低，费用较高，成为了云计算发展中的最大阻碍。而高性能计算可能会为庞大的计算数据量而承担额外的费用。

2.1 国外研究现状

Google是最早提倡和实践云计算技术的企业之一，其互联网搜索服务就建立在云计算基础架构之上。经过多年的发展Google云计算技术日趋成熟，针对自身特点建立了一套极其有效的商业模式和产品、服务组合。上个月，Google 以6820万美元收购企业级IP通信解决方案提供商GIPS;召开“Google I/O开发者大会”，发布了以企业级Google App为核心的云计算产品。种种迹象表明，Google云计算目标并不只在于个人用户，它的野心在于覆盖从个人用户至企业用户的广大空间。Google还积极与其它云计算企业合作。作为全球最具影响力的高科技企业之一的Google，正以一种先行者的姿态拥抱云计算与高性能计算融合时代的到来。

IBM是云计算领域名副其实的巨头，2007年高调启动“蓝云”计划，推出一系列云计算产品。2008年，IBM在云计算领域的累积投入超过10亿美元，将其云计算产品和服务扩展到亚洲、欧洲、非洲、美洲市场。为了进一步抢占全球云计算市场，从2009年开始IBM加大了在云计算领域的投入。有消息透露IBM将投资200亿美元进行并购、开发云计算终端、推出网络软件等等，摆出了一副志在必得的架势。IBM在IaaS、PaaS、SaaS三个层面都有方案推出，公有云、私有云、混合云一个不落。近两年来，IBM的“智慧”战略如火如荼，智慧地球、智慧城市、智慧通信、智慧医疗……一切都是智慧的，IBM智慧的云计算也是其智慧战略的重要组成部分，其云智慧正不断向云计算和高性能计算融合领域延深。

云+端、软件+服务是对微软云计算的最佳诠释，其云计算平台Windows Azure 被认为是Windows NT之后，16年来最重要的产品，关乎微软的未来。微软CEO 史蒂夫鲍尔默多次公开表示，云计算是微软的又一次机遇。与其它云计算厂商相比，微软在用户上有着明显的优势。微软的操作系统和操作习惯，不管是在个人用户，还是企业用户中都有很广泛的影响力。微软可以借助这些优势迅速推广其云计算产品和服务，微软基于云计算的解决方案正在得到越来越广泛的应用。近日有消息称微软云计算用户已经超过Google App用户。这表明，微软云计算产品的势力范围正在逐步扩大，将对产业链上下游产生深远影响，并且近期微软高调宣布将大步向云计算和高性能计算融合的道路迈进。

通过上述三大公司的表现，我们不难看出，云计算与高性能计算的融合已经不可避免。并且，在该领域的激烈的利益角逐也同样不可避免。一场在计算领域的角逐战争正在悄然拉开帷幕。