绿色计算与志愿计算的名词详解

文章目录

• • 前言
  • 绿色计算 (Green Computing)
  • • 含义
    • 背景原因与动机
    • 研究现状与趋势
    • 优缺点
  • 志愿计算 (Volunteer Computing)
  • • 含义
    • 背景原因与动机
    • 名词混淆的解释
    • 优缺点

前言

各种 “XX计算” 类的名词最近正越来越多地被人提及, 首先先区分一下如下三个概念:

1. 云计算 (Cloud Computing): 大量高性能的计算资源被汇集在数据中心中, 如同一朵云, 用户端向云发送请求, 云服务器进行计算, 而后将结果返回给用户; 计算资源被统一集中管理
2. 雾计算 (Fog Computing): 雾是更贴近地面的云, 在每个小范围局域网内均分配放置一些计算资源, 用户的请求不再一路发送给高高在上的云, 而在更贴近用户的雾中就完成处理, 取得结果
3. 边缘计算 (Edge Computing): 边缘计算是雾计算的更进一步推进, 计算力更加靠近用户数据源, 几乎每一个数据源就配套一个小型计算设备进行本地计算; 主要用于实时性要求高的场景

而近年来, 又有绿色计算和志愿计算两个有关提高计算资源使用率概念出现, 以下对这两个概念做详解和区分.

绿色计算 (Green Computing)

含义

绿色计算是一个针对集中的数据中心而言的, 较为宽泛的概念. 总的来说, 它代表了 “以对环境负责为原则来建设和使用计算资源” 1; 更详细地说, 绿色计算包含一下几层涵义:

• 采用高效, 节能和低功耗的计算设备和配套设施 (CPU, GPU, 服务器, 外围设备, 机房冷却和故障检测设施…)
• 构建能耗感知的计算系统, 网络架构和服务体系, 在保证信息服务的多样化和可靠性的前提下, 合理分配计算资源
• 保障可持续发展的低成本, 低能耗的新型系统与应用

背景原因与动机

绿色计算的出现有其背景原因. 信息行业的碳排放总量已经达到全球总排放量的 2%, 比肩航空产业, 成为第五大高耗能产业. 国际对节能减排日益重视, 我国也提出了 2020 年实现 40% - 50% 的节能减排目标. 2

现代计算系统能耗问题日益突出, 有以下三个方面的原因:

1. 高性能计算系统的能耗巨大, 且随着性能提升, 能耗也在继续攀升
2. 对计算系统可靠性的要求愈发严格, 大量以冗余为代价的高可靠性实现手段出现, 造成能源的浪费
3. 现有计算系统尚不能做到为不同用户个性化地提供能耗与效率最优的配置

研究现状与趋势

国内外目前对绿色计算的研究主要涉及如下方面:

• 能耗与功耗的建模
• 功耗测量与评估; 评价标准的建立
• 针对软件系统, 网络协议等的功耗优化
• 节能型的芯片, 指令集架构（基于 ARM / RISC）等研究

优缺点

绿色计算的理念具有诸多优点:

• 符合绿色可持续发展的目标, 节约能源
• 减少对环境的污染排放, 保护环境
• 推动计算机系统研究, 在保障可靠性的基础上提高使用效率

其可能如下缺点需要考量:

• 绿色计算系统的性能暂且不足
• 需要牺牲部分可靠性, 减少冗余

志愿计算 (Volunteer Computing)

含义

志愿计算是云计算理念的一种反转, 指由分布在各处的志愿者提供闲散的计算资源, 为一些项目提供分布式的算力 / 存储 3. 其中:

• 志愿者指: 能够连接国际互联网的个人电脑 / 其他闲散计算机, 在志愿计算中是匿名的
• 项目指: 主要为科学研究项目所需的科学计算任务, 也可是其他目的的大型网络计算任务

背景原因与动机

受信息科技发展之助, 人均设备持有量显著上升, 志愿计算便有了出现的动机:

1. 个人电脑的数量越发庞大, 然而有一大部分算力在个人不使用时被闲置着, 造成巨大的浪费
2. 许多科学计算项目没有足够的资金支持 (或其他客观原因), 无法使用昂贵的高性能计算平台

名词混淆的解释

志愿计算与网格计算 (Grid Computing) 和 P2P (Peer-to-peer) 有所差别:

• 志愿计算中
  • 志愿者一般不对计算项目负任何责任, 只是提供闲散算力, 对外是匿名的
  • 志愿者相互之间不会有资源 / 利益的直接交换
  • 志愿者为中心服务器提供资源, 是单纯的生产者
  • 中心服务器接受汇总志愿者的计算结果, 是单纯的资源使用者
• 网格计算中
  • 网格的背个节点均是项目的参与者, 每个节点都对项目目标负责, 相互非匿名
  • 网格节点相互之间都会有资源的调配
  • 每个网格节点都可以是资源的生产者和使用者
• P2P理念中
  • 并不对整体的网络架构作明确要求, 仅两个用户之间点对点互联
  • 文档和数据直接在互联中传输, 没有中心服务器
  • 各用户没有统一的项目目标, 只是相互共享资源以获益

优缺点

志愿计算的模式有如下优点:

• 充分利用闲置的个人电脑的计算资源, 减少浪费
• 为无法获取高性能计算资源的项目提供了低成本的解决方案
• 促进个人用户对科学研究的公共利益的关注

其亦有如下缺点需要考量:

• 志愿者对项目是匿名的, 而又需要有项目相关数据在中心与志愿者之间传递, 可能存在安全问题
• 志愿者的算力参差不齐, 在线时间也各不相同, 更难统筹规划和预测计算所需时间
• 较难呼吁和鼓励个人用户参与到志愿计算活动中

1. 维基百科 - 绿色计算 ↩︎
2. 过敏意: 《绿色计算：内涵和趋势》. 计算机工程第36卷第10期, 2010年5月. ↩︎
3. 中国分布式计算总站wiki - 志愿计算 ↩︎