Логический потолок и логическое развитие ограничено.
Иначе любой мог бы понять как работает коллайдер и как создавать любые вещества и панацеи
Иначе любой мог бы понять как работает коллайдер и как создавать любые вещества и панацеи
Обзор программы распределенных вычислений BOINC.Коротко о распределенных вычислениях и программной платформе BOINC.В последнее время при необходимости проведения большого объема вычислений, все чаще используются распределенные вычисления (РВ). При этом каждый из участвующих в вычислениях компьютеров получает небольшую "порцию" расчетов, а назад возвращает полученный результат. При подобной организации возможно с использованием количества обычных ПК достичь вычислительной мощности мощнейших суперкомпьютеров.Сами программы, установленные на компьютеры пользователей и осуществляющие расчеты написаны так, чтобы работать только в моменты наименьшей загрузки компьютера и никаким образом не мешать работе других программ.Первые проекты РВ представляли собой автономные программы. Однако, когда на компьютере установлено несколько проектов, то управлять ими становилось достаточно сложно. Поэтому вполне закономерным оказалось появление программы-менеджера, которая позволяла существенно упростить пользователю процесс подключения к новому проекту и свести к минимуму его проблемы по управлению несколькими проектами. Такой программой и является BOINC. В настоящее время все большее число проектов распределенных вычислений работают под управлением BOINC-платформы и их называют boinc-проектами.
При работе с boinc-проектами у Вас есть возможность все управление и контроль осуществлять из одного "контрольного центра", которым является BOINC-менеджер. В этом "центре" вы можете расставить приоритетность считаемых проектов, выделив каждому необходимую долю ресурсов, можете разрешить или запретить каким-то проектам принимать новые задания или вообще приостановить работу проекта. Вы всегда имеете возможность видеть свои результаты (сколько очков и по какому проекту Вы насчитали), причем не только в таблично-цифровой форме, но и в виде графиков. Одним "кликом" мышки Вы можете запустить обозреватель и попасть на страницу проекта, причем именно на ту, которая Вам необходима (главная страница, данные Вашей учетной записи и настройки или посмотреть результаты своей команды). Вам нет необходимости помнить, когда и по каким проектам пора отправлять результаты, на соответствующих вкладках видны рассчитанные и готовые к отправке задания, а также сроки до которых их необходимо отправить. Менеджер учитывает время необходимое для окончания расчета и, при необходимости, самостоятельно начнет считать тот проект, срок выполнения заданий по которому (т.н. "дедлайн") приближается.
Все взаимодействие с серверами проектов (получение заданий и отправка результатов, а также обновление расчетных программ) осуществляется посредством Интернета.
Установка программы происходит из обычного exe – файла.
Программа запускается изначально в упрощенном виде и выглядит он вот так:
Но мне кажется упрощенный вид неудобным и лучше сразу перейти в «полный вид», тогда программа развернется на весь рабочий стол и сделать это можно вот так: заходим во вкладку «вид» и нажимаем мышкой на «полный вид».Программа в развернутом виде выглядит вот так:
Программа откроется и сразу предложит вам выбрать проект для расчетов, также потом можно будет выбрать проекты через меню «сервис» зайдя в него выбрать «добавить проект»Поэтому далее описывать я буду на примере одного проекта SETI.Регистрация в проекте происходит по электронной почте и паролю.Допустим, мы выбрали проект, зарегистрировались и добавили его в программу, он отобразится на вкладке «проекты», вот так:
Не обращайте внимания, у меня тут уже добавлено куча проектов, у вас будет один.Слева от проекта находится статичное меню «Действия» и «Веб-страницы проекта» в виде кнопок. В меню «Действия» вы можете обновить данные проекта, приостановить или вообще не запрашивать задания если набрали много. А также перезапустить проект если он, например, завис, такое очень редко, но бывает. Удалить или посмотреть информацию о проекте.Кнопки в «Веб-страницы проекта» позволяют работать с данными вашей учетной записи.Все новости о проектах будут приходить на вкладку «уведомления» — вот, например, как у меня:
Все задания, которые приходят на обработку будут отображаться на вкладке «задания». Вот, например, мои
Слева находятся кнопки для работы с заданиями, можно посмотреть графику, она чисто символическая, показывает, что проект работает. Приостановить или прервать конкретное задание, а также посмотреть о нем информацию.Во вкладке передача будут отображаться загружаемые задания, вот:
Во вкладке «статистика» отображается статистика по проекту, в данном случае видно, что статистика идет по куче проектов, но работает только SETI
Во вкладке «диск» отображается место, на жестком диске которое занимает BOINC и каждый из его проектов:
Ракета Falcon-9, взлетевшая с космодрома на мысе Канаверал во Флориде в четверг вечером, вывела на орбиту 60 спутников, способных "раздавать" быстрый интернет в масштабах планеты.Компания Илона Маска надеется со временем расширить свою сеть Starlink до 12 тысяч аппаратов.SpaceX - не единственная компания, у которой есть разрешение на создание большой сети коммуникационных спутников. Среди других - британская OneWeb, запустившая шесть аппаратов за последние три месяца.
У Amazon тоже есть планы освоения космоса: компания разрабатывает проект Project Kuiper, который предусматривает запуск на околоземную орбиту 3200 спутников.Все эти проекты предусматривают запуск спутников на низкую околоземную орбиту - менее двух тысяч километров от поверхности Земли. Это позволит минимизировать задержку в передаче данных, или проще говоря, уменьшит лаг.
Ракета Falcon-9 взлетела с площадки SLC-40 на мысе Канаверал в 22:30 по местному времени (02:30 пятницы по Лондону и 04:30 по Москве).Спутники были успешно выведены на орбиту чуть более чем через час после запуска, объявили в SpaceX.
Что известно о проекте глобального интернета?
SpaceX не так много рассказывает о ходе выполнения своего многомиллиардного плана по обеспечению планеты спутниковым интернетом.В феврале прошлого года компания запустила спутники Tintin-A и Tintin-B для демонстрации технологии, но спутники, запущенные в четверг, выглядели совсем иначе.Ранее в мае Илон Маск разместил в "Твиттере" фотографию спутников, запущенных в четверг. Оказалось, что они плоские.
В ходе брифинга для журналистов 15 мая Маск рассказал об устройстве аппаратов.
Каждый спутник весит 227 килограмм, оснащен несколькими антеннами с высокой пропускной способностью и одной солнечной батареей.
На спутниках установлены электрические двигатели на эффекте Холла, которые выбрасывают ионы криптона, чтобы обеспечить тягу.
Двигатель нужен для того, чтобы спутник мог подняться с высоты отделения от ракеты-носителя (440 километров) на рабочую орбиту (550 километров).Кроме того электродвигатель нужен для того, чтобы спутник сохранял нужную ориентацию на орбите, а по истечении срока службы мог вернуться на Землю.Спутники сети Starlink, по словам Маска, будут выпускаться в нескольких сериях, и технические характеристики последующих аппаратов будут лучше. Так, например, их планируют оснастить приспособлениями для контакта друг с другом, а не только с Землей.Маск называет спутниковую сеть "одним из самых сложных инженерных проектов", виденных им в жизни. На брифинге он предупредил, что из-за сложности проекта на ранних стадиях запуска могут обнаружиться проблемы.
Поместится ли все это на орбите?
Многих беспокоит то, что в течение нескольких лет в космос отправится огромное количество спутников - не только коммуникационных - и для них может попросту не хватить места.Сегодня, по информации "Союза обеспокоенных ученых", на орбите находится около двух тысяч работающих спутников. Однако только SpaceX, если ее план будет выполнен, запустит во много раз больше.Самый апокалиптичный сценарий, о котором говорят, - это массовые столкновения спутников на орбитах с разрушительным "звездопадом" из обломков, которые попадают в другие спутники и вместе с ними обрушиваются на Землю.В SpaceX говорят,что принимают меры, чтобы этого избежать - спутники смогут автоматически избегать столкновения с космическим мусором и будут сделаны из материалов, которые быстро сгорят в атмосфере в случае падения.Чтобы обеспечить покрытие всей планеты, компании Маска предстоит запустить еще шесть раз по 60 спутников, говорит он. Это позволит обеспечить низкоскоростной интернет. Чтобы обеспечить среднюю скорость нужно запустить еще 12.
Команда ученых из Лос-Аламосской национальной лаборатории под руководством структурного биолога Кариссы Санбомацу создала крупнейшую в мире модель человеческого гена ДНК. Модель состоит из более чем одного миллиарда атомов и может помочь совершить революцию в понимании работы генов.
Моделирование генов на атомном уровне – это первый шаг к пониманию того, как ДНК расширяется и сжимается, что влияет на «включение/выключение» генов. Для столь масштабной имитации ученые задействовали суперкомпьютер Trinity в Лос-Аламосе, занимающий шестую строчку в мире по быстродействию.
ДНК является основой всего живого и содержит гены, кодирующие структуры и деятельность человеческого организма. О масштабах ДНК говорит тот факт, что если ее «распутать», то получится нитевидная структура, которой можно опоясать Землю 2,5 млн. раз.
Длинная нитевидная молекула ДНК «намотана» на сеть крошечных «катушек», которые вращаясь, «включают» и «выключают» гены. Раздел науки, занимающийся исследованием этих процессов, получил название эпигенетика. В частности, она изучает процесс развития плода в утробе матери и формирование наследственных заболеваний.
Если ДНК компактна, гены выключаются. Почему это происходит, ученым пока неясно. По всей видимости, для выяснения причин потребуется компьютер еще большей мощности – Exascale. С его помощью ученые надеются создать модель всего человеческого генома и понять принцип «включения/выключения» генов.
Моделирование такого рода основано на экспериментах, предполагающих захват конформации хроматина, криоэлектронную микроскопию и рентгеновскую кристаллографию, а также ряд сложных алгоритмов компьютерного моделирования.
Установка BOINC на компьютер
Пятьдесят лет назад смартфоны показались бы совершенно волшебными компьютерами. Точно так же, как классические компьютеры были почти невообразимы для предыдущих поколений, сегодня мы сталкиваемся с рождением совершенно нового типа вычислений: чего-то настолько мистического, что его можно назвать волшебным. Это квантовые компьютеры. Если слово «квантовый» вам незнакомо, вы не одиноки. Этот очень холодный, маленький, чувствительный и очень странный мир может показаться сомнительной системой, на которой предлагается построить коммерческую вычислительную машину, но это именно то, над чем работают IBM, Google, Rigetti Computing и другие компании.
В январе на CES в рамках инициативы IBM Q показали System One: ослепительную, изящную и похожую на люстру машину, которая стала первой интегрированной универсальной системой квантовых вычислений для коммерческого использования, с которой мог поиграть каждый.
О потенциале квантовых компьютерах слышал, наверное, каждый: свойства квантовой физики открывают массивно параллельные схемы вычислений, которые, вероятно, обеспечат огромные скачки вычислительной мощности и опередят любые транзисторные суперкомпьютеры, с которыми мы можем столкнуться — сегодня и завтра. Они произведут революцию в области химии, фармацевтики, материаловедения и машинного обучения.
Но что именно делает квантовые компьютеры такими мощными? Давайте разбираться.
Что такое кубиты?
Для начала вспомним, как работают квантовые компьютеры.
Секрет их мастерства в том, что они манипулируют кубитами. Все, что обрабатывает классический компьютер — текст, изображения, видео и так далее — состоит из длинных строк нулей и единиц, или битов. По своей сути бит представляет одно состояние из двух: вкл/выкл, либо подключена электрическая цепь, либо нет. В современных компьютерах бит обычно представлен электрическим напряжением или импульсом тока.
Квантовые компьютеры, напротив, полагаются на кубиты. Как и двоичные биты, кубиты лежат в основе вычислений, с одним большим отличием: кубиты, как правило, являются сверхпроводниками электронов или других субатомных частицами. Неудивительно, что манипуляции кубитами представляют сложную научную и инженерную задачу. IBM, например, использует несколько слоев сверхпроводящих цепей, которые находятся в контролируемой среде и постепенно охлаждаются до температур, которые ниже, чем глубокий космос — около абсолютного нуля.
Поскольку кубиты обитают в квантовой реальности, у них есть удивительные квантовые свойства.
Суперпозиция, запутанность и интерференция
Если бит представить как монету с орлом (0) или решкой (1), кубиты будут представлены вращающейся монетой: в некотором смысле, они одновременно и орлы, и решки, причем каждое состояние имеет определенную вероятность. Ученые используют калиброванные микроволновые импульсы, чтобы помещать кубиты в суперпозицию; точно так же другие частоты и длительность этих импульсов может переворачивать кубит так, чтобы он находился немного в другом состоянии (но все еще в суперпозиции).
Из-за суперпозиции отдельный кубит может представлять гораздо больше информации, чем двоичный бит. Отчасти это происходит из-за того, что при начальном вводе кубиты могут перебирать методом грубой силы огромное число возможных результатов одновременно. Окончательный ответ появляется лишь когда ученые измеряют кубиты — так же, используя микроволновые сигналы — что заставляет их «коллапсировать» в двоичное состояние. Зачастую ученым приходится производить расчеты несколько раз, чтобы проверить ответ.
Запутанность — еще более потрясающая штука. Применение микроволновых импульсов на пару кубитов может запутать их так, что они всегда будут существовать в одном квантовом состоянии. Это позволяет ученым манипулировать парами запутанных кубитов, просто изменяя состояние одного из них, даже если они физически разделены большим расстоянием, отсюда и «жуткое действие на расстоянии». Из-за предсказуемой природы запутанности, добавление кубитов экспоненциально увеличивает вычислительную мощность квантового компьютера.
Интерференция — последнее из свойств, которые реализуют квантовые алгоритмы. Представьте себе катящиеся волны: иногда они подгоняют друг друга (действуют конструктивно), иногда гасят (деструктивно). Использование интерференции позволяет ученым контролировать состояния, усиливая тип сигналов, приводящих к правильному ответу, и отменяя те, которые выдают неверные ответы.
Как программируются квантовые компьютеры?
Основная цель состоит в том, чтобы закодировать части задачи в сложное квантовое состояние, используя кубиты, и затем манипулировать этим состоянием, чтобы привести его к некоему решению, которое можно будет измерить после коллапса суперпозиций в детерминированные последовательности нулей (0) и единиц (1).
Непонятно? Перечитайте еще раз.
Звучит сложно, но поскольку все термины мы уже разобрали, понять можно.
Как и в случае с классическим программированием, ученые разрабатывают языки ассемблера низкого уровня, которые машина понимает лучше, чтобы перейти от них к языкам высокого уровня и графическим интерфейсам, более подходящим для человеческого разума. IBM Qiskit, например, позволяет экспериментаторам создавать задачи и перетаскивать логические элементы.
Демон декогеренции
Почему же квантовые компьютеры еще не продаются на каждом углу? В некотором смысле, ученые пытаются построить совершенные машины из несовершенных частей. Квантовые компьютеры чрезвычайно чувствительны к возмущениям, шуму и другим воздействиям окружающей среды, которые заставляют их квантовое состояние колебаться и исчезать. Этот эффект называется декогеренцией.
Для некоторых экспертов декогеренция — это проблема, сдерживающая квантовые вычисления. Даже при всех соблюденных мерах шум может просочиться в расчеты. Ученые могут хранить квантовую информацию до тех пор, пока она не потеряет свою целостность под влиянием декогеренции, что ограничивает число вычислений, которые можно производить подряд.
Деликатная природа квантовых вычислений также является причиной того, что слепое добавление кубитов в систему не обязательно сделает ее мощнее. Отказоустойчивость тщательно исследуется в области квантовых вычислений: по логике, добавление кубитов может компенсировать некоторые проблемы, но для создания единого, надежного кубита для переноса данных потребутся миллионы корректирующих ошибки кубитов. А у нас их сегодня не больше 128. Возможно помогут умные алгоритмы, которые также разрабатываются.
Имитация квантового с помощью квантовых компьютеров
Поскольку большие данные сейчас горячая тема, можно было бы ожидать, что квантовые компьютеры будут лучше обрабатывать крупные наборы данных, чем классические. Но это не так.
Вместо этого, квантовые компьютеры будут особенно хороши в моделировании природы. Например, квантовые вычисления можно было бы использовать для более эффективного построения молекул лекарств, потому что они в основном работают на той же основе, что и молекулы, которые они пытаются смоделировать. Вычисление квантового состояния молекулы — невероятно сложная задача, которая почти непосильна нашим компьютерам, но квантовые компьютеры справятся с ней на ура.
Точно так же квантовые вычисления могут перевернуть область материаловедения или передачи информации. Благодаря запутанности, кубиты, физические разделенные большим расстоянием, могут создать канал для передачи информации, который с научной точки зрения будет безопаснее наших существующих каналов. Квантовый интернет вполне осуществим.
Но самое интересное вот что: мы даже не знаем всего разнообразия удивительных вопросов, которые могут попытаться решить квантовые компьютеры. Просто имея коммерческий квантовый компьютер и позволяя людям с ним работать, мы могли бы наметить новые интересные области, подходящие для этой потрясающей новой технологии.
Одна вакансия, два кандидата. Сможете выбрать лучшего? И так пять раз.
Использование BOINC в CERN
BOINC (Berkeley Open Infrastructure for Network Computing) [1] это программная платформа для распределенных вычислений с открытым исходным кодом, которая использует добровольно предлагаемые вычислительные ресурсы. Она использует неактивные циклы центрального процессора, участвующих ПК, для выполнения научных расчетов.
Компоненты
BOINC представляет собой специализированную вычислительную сеть (Grid), которая подходит для выполнения прикладных программ, являющихся "псевдо параллельными", таким образом, что вычисления распределяются среди тысяч машин, которые не общаются друг с другом. Такая конфигурация идеальна для вычисления емких задач с небольшими требованиями к операциям ввода/вывода. Однако,конфигурация BOINC достаточно проста и требует только одного сервера, хотя вычисления могут быть распределены на несколько машин для повышения производительности.
Приложения, которые выполняются в BOINC-проектах, должны иметь общественную привлекательность, чтобы участники хотели предлагать свои ресурсы. Важная часть этого вида проектов - дать обществу ощущение прямого участия в научных проектах. Часто разрабатываются привлекательные скринсейверы, а также система ранжирования на основе полученных кредитов (очков - Прим. перев.) для пользователей.
Сайт проекта LHC@home
Успешные проекты
Первым проектом, выполняющемся на BOINC был известныйSETI@home, анализирующий данные, полученные от радиотелескопов, которые ищут внеземные сигналы. Проект произвел более 9 миллионов лет объединенных процессорных вычислений и задействовал более 5 миллионов, предоставленных добровольцами ЦПУ. Теперь BOINC используется во многих проектах в таких областях как физика, медицина и предсказания климата.
Одним их ведущих BOINC-проектов является LHC@home в CERN's (Европейском Центре Ядерных Исследований - Прим. перев.) [2,3]. Его первым приложением было SixTrack, которое моделирует частицы, циркулирующие в ускорителе Large Hadron Collider (LHC) для изучения долговременной стабильности орбит частиц. Другие приложения, представляющие интерес для физики высоких энергий также готовы. В настоящее время в проекте занято примерно14 000 активных участников, 25 000 активных хостов, которые могут обеспечить вычислительную производительность более 5 Tflops. Это соответствует 700 годампроцессорного времени за несколько месяцев вычислений, для типичного 1 KSfp2K процессора, который эквивалентен процессору 2.8 GHz Intel Xeon. Конечно эта мощность не является абсолютно бесплатной, но соотношение цена/производительность очень высоко, и это без учета других положительных моментов. LHC@home имеет потенциал для развития, если будет достаточно работы по использованию предлагаемой вычислительной мощности.
История
В этом контексте было проведено изучение возможности объединения общественных ресурсов и распределенных (Grid) вычислений [4]. Возможность распределения заданий между сетевыми общественными ресурсами было проверено и отработано для программных средств LHC Computing Grid (LCG)[5] и NorduGrid/ARC [6].
Среда CoLinux, позволяющая Linux выполняться как расширение ядра Windows также была проверена на возможность интеграции с BOINC, позволяя переносить задания на соответствующую операционную систему.
SixTrack вывод
Ферма из ста старых ПК в Вычислительном Центре, которые должны были быть списаны, были настроены для выполнения BOINC-клиента. Мы управляем этими машинами, используя Quattor с BOINC-клиентом RPM (Redhat Package Manager) который мы усовершенствовали. Кроме вклада в проект LHC@home, эти ПК позволяют исследовать механизмы метапланирования, которые позволят осуществить работу приложения с ресурсами добровольцев, дополненные специальными ограничениями, чтобы гарантировать качество обслуживания.
BOINC-сервер RPM был создан, чтобы автоматизировать инсталляцию и управление BOINC серверами. Мы протестировали его, нашли и исправили несколько ошибок. RPM и исправленные ошибки были использованы для доработки BOINC-проекта.
Перенесение других приложений.
Также мы исследуем другие приложения, которые могут подойти для BOINC, мы выпустили тестовую версию приложения Geant4 [7] для BOINC. Это приложение является упрощенной версией контроля луча и используется для проверки новых версий Geant4. Перенос был сделан для Linux и Windows в сотрудничестве с разработчиками Geant4. Приложение Geant4 было представлено на симпозиуме CHEP 2005 и 2006. Следующим шагом необходимо рассматривать более реалистичные и полезные модели Geant4, и мы уже делаем шаги для достижения этой цели.
Мы также успешно перенесли приложение ATLFAST 0.02.22 [8] на BOINC и продемонстрировали его работу для реальных физических процессов. Это FORTRAN-версия программы быстрого моделирования и реконструкции ATLAS, которая используется случайным генератором PYTHIA 6.2 [9].
Программа Garfield/Magboltz [10] для моделирования газообразных датчиков была доработана для BOINC в координации с автором программного обеспечения. Мы демонстрировали реальное использование на Linux на перенастроенных на BOINC PC-фермы в Вычислительном Центре. Хотя нам еще необходимо портировать приложение под Windows, мы ожидаем в ближайшем будущем получить запросы от экспериментаторов LHCдля массового промышленного применения.
Были проведены предварительные консультации во Франции и Японии относительно будущего проекта под названием Feynman@home [11]. Несколько групп планируют моделировать квантовые процессы, происходящие в LHC (и будущих ускорителях, типаInternational Linear Collider - Международного Линейного Коллайдера), вычисляя их диаграммы Феймана (Feynman diagrams) с использованием BOINC. Это вычислительно емкая задача, которая тесно связана со случайной генерацией.
Мы также помогли запуску проекта Africa@home для Швейцарского Тропического Института,Университета в Женеве и двух неправительственных организаций. Проект проходит тестирование и выполняет эпидемиологические расчеты на основе модели малярии.
Мы также сотрудничаем с областью Экстремадура (Extremadura) в Испании. Местные власти собираются устанавливать клиентов BOINC в тысячи машин, в основном в школах и больницах, и выполнять вычисления для нужд ЦЕРНа (CERN). Они также пошлют представителей в ЦЕРН для работы по переносу приложений на инфраструктуру BOINC. Для ускорения старта проекта был проведен семинар в CIEMAT, Исследовательском Центре Энергии, Окружающей среды и Технологии (Research Centre for Energy, Environment and Technology) в Мадриде, который посетили представители региона. Несколько усеченная версия семинара прошла в виде вычислительного семинара в ЦЕРНе. Слайды об этих событиях включены в LHC@home Twiki, где документируется всю работу ЦЕРН, связанную сBOINC-деятельностью[12].
Мы сотрудничаем с группой IS, чтобы развернуть BOINC-клиентов на настольных Windows-компьютерах ЦЕРНа с использованием NICE механизмов. Мы планируем эффективное развертывание, которое начнется на добровольной основе в отделе IT. В ближайшие месяцы мы обратимся с просьбой о сотрудничестве ко всем пользователям настольных ПК в ЦЕРНе.
w w. boinc . ru/Doc/LHC/athome/LHC/lhc.htm
w w. boinc . ru/Doc/LHC/athome/default.htm