Grid-Computing und die deutsche D-Grid Initiative
Nachdem in den 90er Jahren das World Wide Web das Internet revolutionierte, sehen wir uns nun einer weiteren revolutionären Entwicklung gegenüber: dem Grid-Computing. Während das Web in der Regel nur statische Informationen bereitstellt, ermöglicht das Grid nun den direkten Zugriff auf die Ressourcen selbst, wie Rechner, Speicher, wissenschaftliche Instrumente und Experimente, Anwendungen und Daten, Sensoren und sogenannte Grid-Middleware Dienste. Letztere basieren auf weit verbreiteten Grid- und Web-Services-Standards, die die effiziente Kommunikation der Ressourcen untereinander ermöglichen. Grid-Infrastrukturen bieten den Wissenschaftlern eine Vielzahl von Vorteilen, wie zum Beispiel den transparenten Zugriff und die bessere Nutzung der Ressourcen, nahezu unendlich große Rechen- und Speicherkapazität, Flexibilität und automatische Anpassung von komplexen Rechenprozessen durch dynamischen und konzertierten Betrieb der vernetzten Ressourcen, höhere Qualität der Ergebnisse durch gridunterstützte Entwicklung, und schließlich Einsparungen durch eine verbrauchsorientierte Abrechnung.
Daneben bietet Grid-Technologie auch Vorteile für die Industrie, insbesondere für solche Unternehmen, die in einer Welt wachsender Dynamik, schrumpfender Entfernungen und globalem Wettbewerb operieren müssen. Ingenieure sind dadurch in der Lage, jegliche Ressource (wie Computer, Anwendung, Daten und Software-Werkzeuge) sozusagen auf Knopfdruck zu nutzen, um Prozesse und Produkte virtuell zu simulieren, bevor sie an deren reale Entwicklung gehen. Dies führt zu höherer Qualität, mehr Funktionalität und Reduktion von Kosten und Risiko. Grid-Technologien helfen, die Unternehmens-IT an die realen Geschäftsbedingungen anzupassen (und nicht wie bisher umgekehrt).
Deutsche Wissenschaftler haben im Jahre 2003 einen strategischen Bericht veröffentlicht, der die aktuelle Situation und die möglichen Einflüsse des Grid-Computing auf die Forschung in Deutschland untersuchte. Sie empfahlen in ihrem Bericht eine langfristige, strategische Forschungs- und Entwicklungsinitiative im Bereich Grid-Computing. Daraufhin initiierte das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im März 2004 die deutsche D-Grid-Initiative mit dem Ziel, innerhalb der nächsten fünf Jahre Projekte in den Bereichen Grid-Computing, e-Learning und Wissensvernetzung mit bis zu 100 Millionen Euro zu fördern.
Die ersten D-Grid-Projekte starteten dann im September 2005 mit dem Entwickeln einer verteilten, integrierten Ressourcenplattform für Hochleistungsrechnen, große Mengen von Daten und Informationen und entsprechende Dienstleistungen. Das BMBF fördert seither Aufbau und Betrieb dieser Grid-Plattform in mehreren sich überlappenden Stufen:
D-Grid 1, 2005-2008
IT-Dienste für die Wissenschaftler, entwickelt und implementiert von erfahrenen Grid-Forschern und -Anwendern. Sogenannte Grid-Communities testen diese globale Dienste-Infrastruktur inzwischen mit ihren rechen- und datenintensiven Anwendungen aus den Gebieten der Hochenergiephysik, Astrophysik, alternative Energien, Medizin, Lebenswissenschaften, Erdwissenschaften (z.B. Klima), Ingenieurwissenschaften und wissenschaftliche Bibliotheken.
D-Grid 2, 2007-2010
IT-Dienste für Wissenschaft und Industrie, die auf der D-Grid-Integrationsschicht aufbauen, wie zum Beispiel Bauindustrie, Finanzwirtschaft, Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt, Betriebsinformations- und Betriebsmittel-Systeme und geographische Datenverarbeitung.
Geplant sind weitere Schritte zur Erweiterung der D-Grid-Infrastruktur mit der Einführung professioneller Betriebskonzepte, Service-Level-Agreements für die Verhandlungen zwischen Nutzern und Betreibern von Ressourcen, einer Wissensschicht, dem Aufbau von virtuellen Kompetenzzentren, die Anbindung Service-orientierter Architekturen der Industrie und die Bereitstellung von Grid- Ressourcen zum Nutzen der ganzen Gesellschaft.
Ein für D-Grid wichtiger Meilenstein wurde inzwischen erreicht: die Entwicklung einer Referenz-Installation und damit der Aufbau und Betrieb einer Kern-Grid-Infrastruktur für deutsche Wissenschaftler.
Im Moment wird dieses Grid von den Grid-Communities mit ihren rechen- und datenintensiven Anwendungen getestet und entsprechendes Feedback an das D-Grid-Integrationsprojekt zur weiteren Verbesserung der Grid-Plattform gegeben. Damit werden bald zum Beispiel deutsche Klimaforscher im C3-Grid-Projekt in der Lage sein, Klimaveränderungen wesentlich schneller und genauer vorherzusagen. Vorteile werden dann auch die Astrophysiker haben, die über das Grid transparent auf entfernte Radioteleskope und Supercomputer zugreifen und damit eine neue Qualität der experimentellen Daten und deren Auswertung erzielen können.
Von einer derartigen Grid-Erweiterung des Internets werden in Zukunft neue Dienstleister profitieren, die ihre Dienste für Rechnen, Daten, Anwendungen, Informationen und vieles mehr anbieten werden.
Über ein sicheres Web-Portal werden wir mit modularen Grid-Diensten im Lego-Prinzip dynamische Grids nach Bedarf errichten und nutzen können. Abgerechnet wird nutzungsorientiert, nach einem Geschäftsmodell – ähnlich dem bei Strom, Wasser und Telefon – basierend auf Abrechnungseinheiten, die die Kosten für Computer, Speicher, Software, Anwendungen, Strom, Miete und Personal enthalten.
Bis wir so weit sind, werden wohl noch einige Jahre vergehen. Zunächst einmal müssen wir unsere Awendungen, Daten und Wissensrepositorien an die Grid-Architektur anpassen. Wir benötigen Sicherheitstechnologien, die uns garantieren, dass unsere Identität im Grid nicht gestohlen werden kann und dass unsere Anwendungen und Daten – falls notwendig – in sicheren, digitalen Containern gespeichert werden können. Dazu ist langfristig eine enge Zusammenarbeit von Informatikern und Experten aus Forschung und Industrie notwendig. Wie bei jeder neuen Infrastruktur erfordert auch der Aufbau dieser nächsten Generation des Internets eine große Vision und Ausdauer. Wir werden deshalb weiter in interdisziplinären, nationalen und internationalen Projekten die Grid-Infrastrukturen ausbauen, die Werkzeuge für Wissenschaft, Technik und Wirtschaft entsprechend verbessern und damit unsere Wettbewerbsposition in einer globalisierten Welt festigen.
Wolfgang Gentzsch, D-Grid Koordinator
In Zusammenarbeit mit European Media Laboratory GmbH