Điện toán lưới là gì?
Điện toán lưới là cơ sở hạ tầng điện toán kết hợp các tài nguyên máy tính trải rộng trên nhiều vị trí địa lý khác nhau để đạt được mục tiêu chung. Tất cả tài nguyên không sử dụng trên nhiều máy tính được gộp lại với nhau và cung cấp cho một tác vụ duy nhất. Các tổ chức sử dụng điện toán lưới để thực hiện những tác vụ lớn hoặc giải quyết vấn đề phức tạp khó thực hiện trên một máy tính duy nhất.
Ví dụ: các chuyên gia khí tượng sử dụng điện toán lưới để lập mô hình thời tiết. Quá trình lập mô hình thời tiết là vấn đề nặng về điện toán, đòi hỏi khả năng quản lý và phân tích dữ liệu phức tạp. Việc xử lý một lượng lớn dữ liệu thời tiết trên một máy tính sẽ diễn ra rất chậm và mất thời gian. Đó là lý do các chuyên gia khí tượng chạy phân tích trên cơ sở hạ tầng điện toán lưới phân tán về mặt địa lý và kết hợp kết quả.
Tại sao điện toán lưới lại quan trọng?
Các tổ chức sử dụng điện toán lưới vì một số lý do sau.
Độ hiệu quả
Sử dụng điện toán lưới, bạn có thể chia nhỏ một tác vụ lớn, phức tạp thành nhiều tác vụ con. Nhiều máy tính có thể làm việc đồng thời với nhau, làm cho điện toán lưới trở thành một giải pháp điện toán hiệu quả.
Chi phí
Điện toán lưới hoạt động với phần cứng hiện có, có nghĩa là bạn có thể sử dụng lại các máy tính hiện có. Bạn có thể tiết kiệm chi phí trong khi truy cập các tài nguyên điện toán dư thừa của mình. Bạn cũng có thể truy cập tài nguyên từ đám mây theo cách tiết kiệm chi phí.
Sự linh hoạt
Điện toán lưới không bị giới hạn trong một tòa nhà hoặc vị trí cụ thể. Bạn có thể thiết lập một mạng lưới điện toán trải dài trên nhiều khu vực. Điều này cho phép các nhà nghiên cứu ở các quốc gia khác nhau làm việc cộng tác với cùng một sức mạnh siêu máy tính.
Điện toán lưới có những trường hợp sử dụng nào?
Sau đây là một số ứng dụng phổ biến của điện toán lưới.
Dịch vụ tài chính
Các tổ chức tài chính chủ yếu sử dụng điện toán lưới để giải quyết các vấn đề liên quan đến quản lý rủi ro. Bằng cách khai thác sức mạnh điện toán kết hợp trong lưới, họ có thể rút ngắn thời gian dự báo những thay đổi của danh mục đầu tư trong các thị trường đầy biến động.
Trò chơi
Ngành công nghiệp trò chơi sử dụng điện toán lưới để cung cấp tài nguyên điện toán bổ sung cho các nhà phát triển trò chơi. Hệ thống điện toán lưới phân chia các tác vụ lớn, chẳng hạn như tạo thiết kế trong trò chơi và phân bổ chúng cho nhiều máy. Điều này giúp các nhà lập trình trò chơi hoàn thành thời gian quay vòng nhanh hơn.
Giải trí
Một số bộ phim có các hiệu ứng đặc biệt phức tạp cần có một máy tính mạnh mẽ để tạo ra. Các nhà thiết kế hiệu ứng đặc biệt sử dụng điện toán lưới để đẩy nhanh tiến độ sản xuất. Họ có phần mềm hỗ trợ lưới chia sẻ tài nguyên điện toán để kết xuất các hiệu ứng đồ họa đặc biệt.
Ngành kỹ thuật
Các kỹ sư sử dụng điện toán lưới để thực hiện mô phỏng, tạo mô hình và phân tích thiết kế. Họ chạy đồng thời các ứng dụng chuyên biệt trên nhiều máy để xử lý một lượng lớn dữ liệu. Ví dụ: các kỹ sư sử dụng điện toán lưới để giảm thời gian chạy của một mô phỏng Monte Carlo, một quy trình phần mềm sử dụng dữ liệu trong quá khứ để đưa ra các dự đoán trong tương lai.
Điện toán lưới có các thành phần nào?
Đối với điện toán lưới, một mạng lưới các máy tính hoạt động cùng nhau để thực hiện cùng một tác vụ. Sau đây là các thành phần của mạng điện toán lưới.
Nút
Các máy tính hoặc máy chủ trên mạng điện toán lưới được gọi là các nút. Mỗi nút cung cấp các tài nguyên điện toán chưa sử dụng cho mạng lưới như CPU, bộ nhớ và kho lưu trữ. Đồng thời, bạn cũng có thể sử dụng các nút để thực hiện các tác vụ không liên quan khác. Không có giới hạn về số lượng nút trong điện toán lưới. Có ba loại nút chính: nút điều khiển, nút nhà cung cấp và nút người dùng.
Phần mềm trung gian lưới
Phần mềm trung gian lưới là một ứng dụng phần mềm chuyên dụng kết nối tài nguyên điện toán của các thao tác trên lưới với các ứng dụng cấp cao. Ví dụ: phần mềm này xử lý yêu cầu của bạn về việc bổ sung sức mạnh xử lý từ hệ thống điện toán lưới.
Nó kiểm soát người dùng chia sẻ các tài nguyên có sẵn để tránh làm quá tải các máy tính trên lưới. Phần mềm trung gian lưới cũng đảm bảo tính bảo mật để ngăn chặn việc lạm dụng tài nguyên trong điện toán lưới.
Kiến trúc điện toán lưới
Kiến trúc điện toán lưới thể hiện cấu trúc bên trong của các máy tính trên lưới. Các lớp sau đây hiện diện rộng rãi trong một nút lưới:
- Lớp trên cùng bao gồm các ứng dụng cấp cao, chẳng hạn như ứng dụng thực hiện mô hình dự đoán.
- Lớp thứ hai, còn được gọi là phần mềm trung gian, quản lý và phân bổ tài nguyên do các ứng dụng yêu cầu.
- Lớp thứ ba bao gồm các tài nguyên máy tính có sẵn như CPU, bộ nhớ và kho lưu trữ.
- Lớp dưới cùng cho phép máy tính kết nối với mạng điện toán lưới.
Điện toán lưới hoạt động như thế nào?
Các nút và phần mềm trung gian trên lưới làm việc cùng nhau để thực hiện tác vụ điện toán lưới. Đối với các thao tác trên lưới, có ba loại nút lưới chính thực hiện ba vai trò khác nhau.
Nút người dùng
Nút người dùng là một máy tính yêu cầu tài nguyên được chia sẻ với các máy tính khác trong hệ thống điện toán lưới. Khi nút người dùng yêu cầu tài nguyên bổ sung, yêu cầu sẽ đi qua phần mềm trung gian và được chuyển đến các nút khác trên hệ thống điện toán lưới.
Nút nhà cung cấp
Trong điện toán lưới, các nút thường có thể chuyển đổi giữa vai trò của người dùng và nhà cung cấp.
Nút nhà cung cấp là một máy tính chia sẻ tài nguyên của nó cho điện toán lưới. Khi các máy nhà cung cấp nhận được yêu cầu tài nguyên, chúng sẽ thực hiện các tác vụ con cho các nút người dùng, chẳng hạn như dự báo giá cổ phiếu cho các thị trường khác nhau. Vào cuối quá trình, phần mềm trung gian thu thập và tổng hợp tất cả các kết quả để tạo một dự báo toàn cầu.
Nút điều khiển
Nút điều khiển quản lý mạng và quản lý việc phân bổ tài nguyên điện toán lưới. Phần mềm trung gian chạy trên nút điều khiển. Khi nút người dùng yêu cầu một tài nguyên, phần mềm trung gian sẽ kiểm tra các tài nguyên có sẵn và giao tác vụ cho một nút nhà cung cấp cụ thể.
Điện toán lưới có những loại nào?
Điện toán lưới thường được phân loại như sau.
Lưới điện toán
Lưới điện toán bao gồm các máy tính hiệu suất cao. Nó cho phép các nhà nghiên cứu sử dụng sức mạnh điện toán tổng hợp của các máy tính. Các nhà nghiên cứu sử dụng lưới điện toán để thực hiện các tác vụ tiêu tốn nhiều tài nguyên, chẳng hạn như mô phỏng toán học.
Lưới quét tìm
Dù tương tự như lưới điện toán, nhưng lưới quét tìm CPU lại bao gồm nhiều máy tính thông thường. Thuật ngữ quét tìm mô tả quá trình tìm kiếm tài nguyên máy tính có sẵn trong mạng các máy tính thông thường. Trong khi những người dùng mạng khác truy cập máy tính để thực hiện các tác vụ không liên quan đến lưới thì phần mềm lưới sử dụng các nút này khi chúng nhàn rỗi. Lưới quét tìm còn được gọi là quét tìm CPU hay quét tìm chu kỳ.
Lưới dữ liệu
Lưới dữ liệu là một mạng lưới điện toán dạng lưới kết nối với nhiều máy tính để cung cấp dung lượng kho lưu trữ dữ liệu lớn. Bạn có thể truy cập dữ liệu được lưu trữ như trên máy cục bộ của mình mà không phải lo lắng về vị trí thực của dữ liệu trên lưới.
Điện toán phân tán là gì?
Điện toán phân tán là một hệ thống máy tính trong đó các thành phần phần mềm được chia sẻ giữa một nhóm các máy tính nối mạng. Tuy nhiên, người dùng sử dụng phần mềm sẽ chỉ thấy một giao diện kết hợp duy nhất. Ví dụ: một công cụ tìm kiếm trên web là một hệ thống điện toán phân tán. Nó cho phép bạn tìm kiếm một trang web cụ thể bằng cách gửi yêu cầu đến nhiều máy chủ.
Điện toán phân tán so với điện toán lưới
Điện toán phân tán được sử dụng nhằm đạt được một mục tiêu duy nhất tại một thời điểm bất kỳ. Ngược lại, điện toán lưới không hoạt động nhất quán mà sẽ phân bổ tài nguyên trên mạng của nó cho nhiều tác vụ con liên quan. Một mạng điện toán lưới có thể bao gồm nhiều hệ thống điện toán phân tán.
Điện toán cụm là gì?
Điện toán cụm là một hệ thống mạng bao gồm các máy tính đồng nhất. Máy tính đồng nhất có phần cứng và phần mềm giống nhau. Bạn có thể kết nối chúng với mạng cục bộ tốc độ cao để tạo một cụm máy tính chạy các tác vụ tương tự nhau. Có một máy chủ tập trung kiểm soát và điều phối các máy này.
Điện toán cụm so với điện toán lưới
Điện toán cụm có phần cứng, tác vụ và cấu trúc điều khiển cụ thể và không linh hoạt. Trong khi đó, điện toán lưới linh hoạt hơn về khía cạnh chia sẻ tài nguyên. Máy tính trên mạng lưới hoạt động độc lập và không có nghĩa vụ phải chia sẻ tài nguyên. Chúng có một trình quản lý tài nguyên chia sẻ tài nguyên chưa sử dụng trong thời gian chạy.
AWS HPC hoạt động như thế nào đối với điện toán lưới?
Điện toán hiệu năng cao (HPC) trên AWS là bộ sản phẩm và dịch vụ mà bạn có thể sử dụng để khắc phục các giới hạn của máy tính thông thường, đặc biệt là về sức mạnh xử lý, kết nối mạng và quản lý hệ thống tệp. Ví dụ: bạn có thể giảm thời gian xử lý dữ liệu và thực hiện nghiên cứu chuyên sâu bằng cách sử dụng các dịch vụ sau:
- Đám mây điện toán linh hoạt của Amazon (Amazon EC2) lưu trữ khối lượng công việc trên môi trường đám mây bảo mật, quy mô linh hoạt và hiệu năng cao.
- Lô AWS lên lịch và điều chỉnh quy mô hàng nghìn khối lượng công việc điện toán trên các dịch vụ AWS.
- Amazon FSx dành cho Lustre xử lý các tập dữ liệu lớn theo nhu cầu và trên quy mô lớn với một hệ thống tệp hiệu suất cao có độ trễ chưa đến một mili giây.
Bắt đầu sử dụng điện toán lưới trên AWS bằng cách tạo tài khoản miễn phí ngay hôm nay.
Các bước tiếp theo để sử dụng Điện toán lưới AWS
Bắt đầu xây dựng với AWS trên Bảng điều khiển quản lý AWS.