O que é computação em grade?
Computação em grade é uma infraestrutura de computação que combina recursos computacionais espalhados por diferentes localizações geográficas para atingir um objetivo comum. Todos os recursos não utilizados em diversos computadores são agrupados e disponibilizados para uma única tarefa. As organizações usam a computação em grade para realizar grandes tarefas ou resolver problemas complexos que são difíceis de resolver em um único computador.
Por exemplo, os meteorologistas usam a computação em grade para modelagem climática. A modelagem climática é um problema de computação intensiva que requer análise e gerenciamento de dados complexos. O processamento de grandes quantidades de dados meteorológicos em um único computador é lento e demorado. Por isso, os meteorologistas executam a análise em uma infraestrutura de computação em grade geograficamente dispersa e combinam os resultados.
Por que a computação em grade é importante?
As organizações usam a computação em grade por diversos motivos.
Eficiência
Com a computação em grade, você pode dividir uma tarefa enorme e complexa em várias subtarefas. Múltiplos computadores podem trabalhar nas subtarefas simultaneamente, tornando a computação em grade uma solução computacional eficiente.
Custo
A computação em grade funciona com o hardware existente, o que significa que você pode reutilizar computadores existentes. Você pode economizar custos ao acessar seus recursos computacionais em excesso. Você também pode acessar recursos em nuvem de maneira econômica.
Flexibilidade
A computação em grade não é restrita a uma instalação ou localização específica. Você pode configurar uma rede de computação em grade que abrange várias regiões. Isso permite que pesquisadores de diferentes países trabalhem de forma colaborativa com o mesmo poder de supercomputação.
Quais são os casos de uso da computação em grade?
Veja a seguir algumas aplicações comuns da computação em grade.
Serviços financeiros
As instituições financeiras usam a computação em grade principalmente para resolver problemas que envolvem gerenciamento de riscos. Ao aproveitar as capacidades de computação combinadas na grade, elas podem encurtar a duração da previsão de alterações de portfólios em mercados voláteis.
Jogos
A indústria de jogos usa a computação em grade para fornecer recursos computacionais adicionais para os desenvolvedores. O sistema de computação em grade realiza a divisão de grandes tarefas, como criação de designs dentro do jogo, e alocação delas para várias máquinas. Isso resulta em um retorno mais rápido para os desenvolvedores de jogos.
Entretenimento
Alguns filmes têm efeitos especiais complexos que exigem um computador poderoso para serem criados. Os designers de efeitos especiais usam a computação em grade para acelerar o cronograma de produção. Eles têm um software com suporte para grade que compartilha recursos computacionais para renderização dos gráficos de efeitos especiais.
Engenharia
Os engenheiros usam a computação em grade para realizar simulações, criar modelos e analisar projetos. Eles executam aplicações especializadas simultaneamente em várias máquinas para processamento de grandes quantidades de dados. Por exemplo, os engenheiros usam computação em grade para reduzir a duração de uma simulação de Monte Carlo, um processo de software que usa dados antigos para fazer previsões futuras.
Quais são os componentes da computação em grade?
Na computação em grade, uma rede de computadores trabalha em conjunto para realização de uma mesma tarefa. Veja a seguir os componentes de uma rede de computação em grade.
Nós
Os computadores ou servidores em uma rede de computação em grade são chamados de nós. Cada nó oferece recursos de computação não utilizados, como CPU, memória e armazenamento para a rede em grade. Ao mesmo tempo, você também pode usar os nós para realizar outras tarefas não relacionadas. Não há limite para o número de nós na computação em grade. Existem três tipos principais de nós: de controle, de provedor e de usuário.
Middleware de grade
O middleware de grade é uma aplicação de software especializada que conecta recursos de computação para operações em grade com aplicações de alto nível. Por exemplo, ele trata da solicitação de capacidade de processamento adicional do sistema de computação em grade.
Ele controla o compartilhamento de recursos disponíveis pelo usuário para evitar a sobrecarga dos computadores em grade. O middleware de grade também fornece segurança para contra o uso indevido de recursos na computação em grade.
Arquitetura da computação em grade
A arquitetura em grade representa a estrutura interna dos computadores em grade. As seguintes camadas estão amplamente presentes em um nó de grade:
- A primeira camada consiste em aplicações de alto nível, como uma aplicação para a realização de modelagem preditiva.
- A segunda camada, também conhecida como middleware, realiza o gerenciamento e a alocação dos recursos solicitados pelas aplicações.
- A terceira camada consiste em recursos computacionais disponíveis, como CPU, memória e armazenamento.
- A camada inferior permite que o computador se conecte a uma rede de computação em grade.
Como funciona a computação em grade?
Nós de grade e o middleware trabalham juntos para realizar a tarefa de computação em grade. Nas operações em grade, os três tipos principais de nós de grade executam três funções diferentes.
Nó de usuário
O nó de usuário corresponde a um computador que solicita recursos compartilhados por outros computadores na computação em grade. Quando o nó do usuário requer recursos adicionais, a solicitação passa pelo middleware e é entregue a outros nós no sistema de computação em grade.
Nó de provedor
Na computação em grade, os nós geralmente podem alternar entre o papel de usuário e provedor.
O nó de provedor corresponde a um computador que compartilha seus recursos para computação em grade. Quando as máquinas provedoras recebem solicitações de recursos, elas executam subtarefas para os nós de usuário, como a previsão de preços de ações para diferentes mercados. Ao final do processo, o middleware coleta e compila todos os resultados para obter uma previsão global.
Nó de controle
Um nó de controle administra a rede e gerencia a alocação dos recursos da computação em grade. O middleware é executado no nó de controle. Quando o nó de usuário solicita um recurso, o middleware verifica os recursos disponíveis e atribui a tarefa a um nó de provedor específico.
Quais são os tipos de computação em grade?
A computação em grade é geralmente classificada da seguinte forma:
Grade computacional
Uma grade computacional consiste em computadores de alta performance. Ela permite que os pesquisadores usem a capacidade de computação combinada dos computadores. Os pesquisadores usam a grade computacional para realizar tarefas que exigem diversos recursos, como simulações matemáticas.
Grade de limpeza
Embora semelhantes às grades computacionais, as grades de limpeza de CPU têm muitos computadores regulares. O termo limpeza descreve o processo de busca de recursos de computação disponíveis em uma rede de computadores regulares. Enquanto outros usuários da rede acessam os computadores para tarefas não relacionadas à grade, o software em grade utiliza esses nós quando estão livres. A grade de limpeza também é conhecida como limpeza de CPU ou ciclo de limpeza.
Grade de dados
Uma grade de dados corresponde a uma rede de computação em grade que se conecta a vários computadores para fornecer alta capacidade de armazenamento de dados. Você pode acessar os dados armazenados como se estivesse em sua máquina local sem precisar se preocupar com a localização física de seus dados na grade.
O que é computação distribuída?
A computação distribuída refere-se a um sistema de computação no qual os componentes de software são compartilhados entre um grupo de computadores em rede. No entanto, será exibida uma única interface consistente para os usuários do software. Por exemplo, um mecanismo de pesquisa na Web é um sistema de computação distribuído. Ele permite que você pesquise em um site específico enviando a solicitação para vários servidores.
Computação distribuída comparada à computação em grade
A computação distribuída busca atingir um único objetivo de cada vez. Em contraste, a computação em grade não age de forma consistente, mas aloca recursos em sua rede para várias subtarefas relacionadas. Uma rede de computação em grade pode consistir em vários sistemas de computação distribuídos.
O que é computação em cluster?
A computação em cluster descreve um sistema de rede composto por computadores homogêneos. Computadores homogêneos têm o mesmo hardware e software. Você pode conectá-los a uma rede local de alta velocidade para criar um cluster de computador que execute tarefas semelhantes. Um servidor centralizado controla e coordena as máquinas.
Computação em cluster comparada à computação em grade
A computação em cluster possui hardware, tarefas e estrutura de controle rigorosos e específicos. Enquanto isso, a computação em grade é flexível em termos de compartilhamento de recursos. Os computadores de uma rede em grade funcionam de forma independente e não são obrigados a compartilhar recursos. Eles têm um gerenciador de recursos que compartilha recursos não utilizados durante o período de execução.
Como a HPC da AWS funciona para a computação em grade?
A computação de alta performance (HPC) na AWS é um conjunto de produtos e serviços que você pode usar para superar os limites da computação convencional, principalmente em termos de capacidade de processamento, rede e gerenciamento de sistema de arquivos. Por exemplo, você pode reduzir o tempo de processamento de dados e realizar pesquisas aprofundadas usando esses produtos:
- O Amazon Elastic Compute Cloud (Amazon EC2) armazena workloads em ambientes de nuvem seguros, escaláveis e de alta performance.
- O AWS Batch agenda e realiza a escalabilidade de milhares de workloads de computação nos produtos da AWS.
- O Amazon FSx para Lustre processa grandes conjuntos de dados sob demanda e em escala com um sistema de arquivos de alta performance com latências inferiores a um milissegundo.
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