綠色計算與志願計算的名詞詳解

文章目錄

• • 前言
  • 綠色計算 (Green Computing)
  • • 含義
    • 背景原因與動機
    • 研究現狀與趨勢
    • 優缺點
  • 志願計算 (Volunteer Computing)
  • • 含義
    • 背景原因與動機
    • 名詞混淆的解釋
    • 優缺點

前言

各種 “XX計算” 類的名詞最近正越來越多地被人提及, 首先先區分一下如下三個概念:

1. 雲計算 (Cloud Computing): 大量高性能的計算資源被彙集在資料中心中, 如同一朵雲, 使用者端向雲發送請求, 雲伺服器進行計算, 而後将結果傳回給使用者; 計算資源被統一集中管理
2. 霧計算 (Fog Computing): 霧是更貼近地面的雲, 在每個小範圍區域網路内均配置設定放置一些計算資源, 使用者的請求不再一路發送給高高在上的雲, 而在更貼近使用者的霧中就完成處理, 取得結果
3. 邊緣計算 (Edge Computing): 邊緣計算是霧計算的更進一步推進, 計算力更加靠近使用者資料源, 幾乎每一個資料源就配套一個小型計算裝置進行本地計算; 主要用于實時性要求高的場景

而近年來, 又有綠色計算和志願計算兩個有關提高計算資源使用率概念出現, 以下對這兩個概念做詳解和區分.

綠色計算 (Green Computing)

含義

綠色計算是一個針對集中的資料中心而言的, 較為寬泛的概念. 總的來說, 它代表了 “以對環境負責為原則來建設和使用計算資源” 1; 更詳細地說, 綠色計算包含一下幾層涵義:

• 采用高效, 節能和低功耗的計算裝置和配套設施 (CPU, GPU, 伺服器, 外圍裝置, 機房冷卻和故障檢測設施…)
• 建構能耗感覺的計算系統, 網絡架構和服務體系, 在保證資訊服務的多樣化和可靠性的前提下, 合理配置設定計算資源
• 保障可持續發展的低成本, 低能耗的新型系統與應用

背景原因與動機

綠色計算的出現有其背景原因. 資訊行業的碳排放總量已經達到全球總排放量的 2%, 比肩航空産業, 成為第五大高耗能産業. 國際對節能減排日益重視, 我國也提出了 2020 年實作 40% - 50% 的節能減排目标. 2

現代計算系統能耗問題日益突出, 有以下三個方面的原因:

1. 高性能計算系統的能耗巨大, 且随着性能提升, 能耗也在繼續攀升
2. 對計算系統可靠性的要求愈發嚴格, 大量以備援為代價的高可靠性實作手段出現, 造成能源的浪費
3. 現有計算系統尚不能做到為不同使用者個性化地提供能耗與效率最優的配置

研究現狀與趨勢

國内外目前對綠色計算的研究主要涉及如下方面:

• 能耗與功耗的模組化
• 功耗測量與評估; 評價标準的建立
• 針對軟體系統, 網絡協定等的功耗優化
• 節能型的晶片, 指令集架構（基于 ARM / RISC）等研究

優缺點

綠色計算的理念具有諸多優點:

• 符合綠色可持續發展的目标, 節約能源
• 減少對環境的污染排放, 保護環境
• 推動計算機系統研究, 在保障可靠性的基礎上提高使用效率

其可能如下缺點需要考量:

• 綠色計算系統的性能暫且不足
• 需要犧牲部分可靠性, 減少備援

志願計算 (Volunteer Computing)

含義

志願計算是雲計算理念的一種反轉, 指由分布在各處的志願者提供閑散的計算資源, 為一些項目提供分布式的算力 / 存儲 3. 其中:

• 志願者指: 能夠連接配接國際網際網路的個人電腦 / 其他閑散計算機, 在志願計算中是匿名的
• 項目指: 主要為科學研究項目所需的科學計算任務, 也可是其他目的的大型網絡計算任務

背景原因與動機

受資訊科技發展之助, 人均裝置持有量顯著上升, 志願計算便有了出現的動機:

1. 個人電腦的數量越發龐大, 然而有一大部分算力在個人不使用時被閑置着, 造成巨大的浪費
2. 許多科學計算項目沒有足夠的資金支援 (或其他客觀原因), 無法使用昂貴的高性能計算平台

名詞混淆的解釋

志願計算與網格計算 (Grid Computing) 和 P2P (Peer-to-peer) 有所差别:

• 志願計算中
  • 志願者一般不對計算項目負任何責任, 隻是提供閑散算力, 對外是匿名的
  • 志願者互相之間不會有資源 / 利益的直接交換
  • 志願者為中心伺服器提供資源, 是單純的生産者
  • 中心伺服器接受彙總志願者的計算結果, 是單純的資源使用者
• 網格計算中
  • 網格的背個節點均是項目的參與者, 每個節點都對項目目标負責, 互相非匿名
  • 網格節點互相之間都會有資源的調配
  • 每個網格節點都可以是資源的生産者和使用者
• P2P理念中
  • 并不對整體的網絡架構作明确要求, 僅兩個使用者之間點對點互聯
  • 文檔和資料直接在互聯中傳輸, 沒有中心伺服器
  • 各使用者沒有統一的項目目标, 隻是互相共享資源以獲益

優缺點

志願計算的模式有如下優點:

• 充分利用閑置的個人電腦的計算資源, 減少浪費
• 為無法擷取高性能計算資源的項目提供了低成本的解決方案
• 促進個人使用者對科學研究的公共利益的關注

其亦有如下缺點需要考量:

• 志願者對項目是匿名的, 而又需要有項目相關資料在中心與志願者之間傳遞, 可能存在安全問題
• 志願者的算力參差不齊, 線上時間也各不相同, 更難統籌規劃和預測計算所需時間
• 較難呼籲和鼓勵個人使用者參與到志願計算活動中

1. 維基百科 - 綠色計算 ↩︎
2. 過敏意: 《綠色計算：内涵和趨勢》. 計算機工程第36卷第10期, 2010年5月. ↩︎
3. 中國分布式計算總站wiki - 志願計算 ↩︎