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1 究グリッド産業応用協議会拠点長 : 平田教授研WP4パッケージング 統合化[ 添付資料 ] SS 研 Grid Computing WG フォーラム資料 2004/12/1 NAREGI の概要と現状 2004 年 12 月 1 日国立情報学研究所リサーチグリッド連携研究センター客員教授宇佐見仁英 1 NAREGI プロジェクトの概要 1) 正式名称 超高速コンピュータ網形成プロジェクト ( 英文名 :National Research Grid Initiative) 2) 文部科学省の 経済活性化のためのリーディングプロジェクト の一環として推進 3) 5ヶ年計画として2003 年 4 月にスタート 4) 国立情報学研究所と分子科学研究所を二拠点とし その他の共同研究機関 大学 産業界を含む産 学 官連携研究開発体制 次世代の研究開発 製品開発に不可欠な大規模シミュレーションなどを実現するグリッド基盤用ソフトウェア ( サイエンスグリッド ) の研究開発を推進 ( 実際はセンター間サーバグリッド用 ) 2 NAREGI 研究開発体制 3 NAREGI プロジェクトの目指すところ 4 文部科学省連携 ( 国立情報学研究所 ) グリッド研究開発 7 大学センター等推進委員会プロジェクトリーダ : 三浦教授各種計算機センターグリッド研究開発実施委員会ネットワーク研究開発連携共同研究産総研グリッドグリッドミドルウェアグリッドネットワーク研究センター研究開発利用技術開発スーハ ー SINET 7 大学センター主査主査グリッド運用ネット研究開発連携技術開発ワーク大学 研究所高度化利用アプリケーション研究開発拠点 ( 分子科学研究所 ) ITBL( 原研他 ) 推進委員長 ( ナノ分野中心 ) 共同研究実証グリッドアプリケーションとして運用運用グランドチャレンジ問題を研究開発 ( 東大物性研 東北大金研 KEK 物構研連携 京大化研 産総研) ( 国立情報学研究所 ) グリッドミドルウェア開発グリッド環境における資源管理グリッドプログラミング環境グリッドアプリケーション環境 ネットワーク & セキュリティ基盤ナノアプリケーションのグリッド化 産業界からサイエンスグリッド産業応用への要請 産業界からナノ設計実証テーマを公募 研究グリッド産業応用協議会 ( 会員企業 :40 社 ) サイエンスグリッド構築環境 ナノアプリによるグリッドの実証研究 アプリケーション研究開発拠点 ( 分子科学研究所 ) 最先端グリッドI Tを駆使したナノサイエンスの計算科学従来の方式では不可能な巨大計算の実現ハイスループットの実現新しい計算科学方法論の開発 e インフラ科学技術計算用汎用グリッドミドルウェアの製品化センタ- 向けグリッドミドルウェアの提供人材育成 ( 最先端 IT 技術者およびアプリケーション技術者 ) 国際的学術貢献国際的標準化貢献産業活性化最先端研究開発の推進 ( ナノ バイオ等 ) 産業界での利用 ( 新しい知的物作り ) 研究項目 5 NAREGI Software Stack 6 1) グリッド環境における資源管理 WP1 松岡 ( 東工大 ) 河野 ( 電通大 ) 合田 ( 東工大 ) 2) グリッドプログラミング環境 WP2 関口 ( 産総研 ) 石川 ( 産総研 ) 3) グリッドアプリケーション環境 WP3 三浦 ( 国情研 ) 川田 ( 宇都宮大 ) 佐藤 ( 筑波大 ) 4) グリッドソフトウェア統合 運用技術 WP4 三浦 ( 国情研 ) 5) グリッド対応ネットワーク通信基盤 WP5 下條 ( 阪大 ) 尾家 ( 九工大 ) 今瀬 ( 阪大 ) 6) ナノシミュレーションのグリッド化 WP6 青柳 ( 九大 ) WP6 ナノテクシミュレーションのク リット への対応 WP3 ク リット 可視化 WP2 ク リット WP3 ク リット PSE フ ロク ラミンク WP3 ク リット ワークフロー -ク リット RPC WP1 -ク リット MPI WP1 スーハ ースケシ ューラ分散情報サービス (Globus,Condor,UNICORE OGSA) WP1 グリッド VM WP5 ネットワーク通信基盤 セキュリティ 認証基盤 国立情報学研究所分子科学研究所共同研究機関その他 計算資源

2 アプリケーションモデル 7 NAREGI 実行シナリオ ( マルチサイト MPI シ ョフ ) 8 単一並列ジョブ ( 共有 or分散向き問題 ) 複数サイトに跨らない範囲での並列ジョブ 複数の単一並列ジョブ ( パラメータサーベイ 最適化問題 ) 複数サイトでの同時並行処理 疎結合複数ジョブ ( Multi-physics, Multi-resolution 問題 ) 計算コストに対して通信コストが無視できる 蜜結合複数ジョブ ( Multi-physics, Multi-resolution 問題 ) 計算コストに対して通信コストが無視できない IMPI Server source source 5: Sub-Job Workflow a: Registration b: Deployment c: Edit d: Result CA PSE WFT GVS Super Job 1: Submission(JSDL) 2: Interpretation of Workflow Language 6: Co-Allocation MPI 3: Resource Query 4: Negotiation Agreement 8: Submission Job CA CA CA Distributed Information Accounting 7: Reservation Monitoring IMPI SMP 64 CPUs Input files GridMPI PC Cluster 128 CPUs Output files Grid Visualization (SMP machine) Site C (PC cluster) WP1: 計算資源の要求 アプリケーション開発者は ジョブの資源要件を JSDL 仕様 (ProcessTopology) で記述する エンドユーザは 実行マシンを指定する必要がない <ProcessTopology> <virtualhost total= 3 mappedto= realhost > <Process total= 2 ><threads>2</threads></process> </virtualhost> <virtualhost total= 3 mappedto= realhost > <Process total= 4 ><threads>2</threads></process> </virtualhost> </ProcessTopology> GGF JSDL-WG で仕様提案中 9 WP1: マルチサイトジョブ実現イメージ 連成ジョブ JobA-1 16CPU JobA-2 256CPU Gateway sched Engine Client Gateway JSDL MPI ジョブ 通信 Engine MPI 通信 アカウンティング情報 JobA-1 SiteA JobA-2 SiteB SS ブローカ 計算資源情報 CIMM ORDB sched Engine Information Provider/ Monitor 10 PSE, Super GridMPI GridRPC PKI 基盤 WF(G)UI WP1: グリッド情報サービス 資源情報検索 設定 通知 Real World Resource User Budget Log Performance Account Policy Monitoring, Accounting, Archiving Site Provider Center Inst. Admin User V.O. 生成 / 消滅 / 変換 Aggregate &Decode User,VO 毎の情報サービス R.W. Management の実例 DAI Virtual Organization Resource Log Performance User Budget Account Policy Nano HEP Astro LRPS RDB V.O. Management Management System の実例 Cell Domain Information Provider NW 基盤 GridRPCUNICORE Condor Usage Topology stub IDB Hawkeye Schedule Record ClassAD Job 11 GridRPC Client 1. interface request Client side WP2: GridRPC/Ninf-G2 Programming Model using RPC on the Grid High-level, taylored for Scientific Computing (c.f. SOAP-RPC) GridRPC API standardization by GGF GridRPC WG Ninf-G Version 2 A reference implementation of GridRPC API Implemented on top of Globus Toolkit 2.0 (3.0 experimental) Provides C and Java APIs 3. invoke Executable 2. interface reply IDL Numerical FILE Library IDL Compiler 4. connect back generate GRAM Remote Executable fork Interface MDS retrieve Information LDIF File Server side Ninf G V2.2.0 提供済 12

3 WP2: Grid MPI Cluster A Intra-cluster Vendor MPI SCore IMPI compatible Inter-cluster GRAM (Globus) & IMPI compatible SSH RPIM MPI Core Grid ADI 13 Cluster B IMPI Latency-aware Communication Topology RSH GRAMVendor Other MPI P-to-P Communication Vendor Comm. MPI Library TCP/IP PMv2 Others GridMPI V0.2 提供済 WP3: グリッドアプリケーション環境 Grid PSE - グリッド環境へのアプリケーションの配置 - ユーザ要求 / アプリケーション情報による実行支援 Grid Workflow - グリッドミドルとは独立したワークフロ言語 (GSFL;Grid Flow Language) - タスクフロー表現のGUI Grid Visualization - グリッド上に分散された大規模データのリモート可視化 - 汎用的な可視化グリッドサービス 14 WP3: グリッドアプリケーション環境 15 WP5: ネットワーク研究開発概要 16 ワークフロー GUI API グリッドPSE Gridサーヒ ス API WF-GUI 向けインタフェース コマンドインタフェース テ フ ロイメントアフ リ情報事例 DB サーハ 選択登録 検索登録 検索 高位機能 アフ リフ ール 分子研アプリ GAMESS- 事例 DB - PSE ワークフロー GUI -> ワークフロー言語コンハ ーター グリッド WF 分子研アプリ分子研アプリ 分子研アプリ コマンドインターフェース ワークフロー (WF 言語 ) PSE I/F スクリプト言語 スクリフ ト可視化言語 I/F WFT I/F コマンドインターフェース可視化グリッドサービス グリッド可視化 WP5 ネットワーク グリッド概念 ネットワークに繋がった計算資源を相互に連携して一つの計算資源 とする機能を提供する ネットワーク計測に基づくネットワーク制御機能ネットワーク機能基盤開発 基本機能 ( 他 WP) ファイル転送 UNICORE => OGSA WFエンシ ン スーハ スケシ ューラ 情報サーヒ ス 通信プロトコルの詳細な性能評価通信プロトコル基盤開発 複数組織間での認証機能グリッド通信基盤 (PKI) の開発 WP5: グリッド通信基盤 (PKI) 17 WP6: ナノアプリケーションのグリッド化 18 複数組織間での認証連携に関する要件定義とポリシー策定 UNICORE/Globus 認証機能の開発 VO 管理機能の開発 MPICH-G2, Globus 溶液中の電子構造 UNICORE および GlobusToolkit の運用を前提に PKI の認証サービスの提供 運用 認証局 (CA)/ 登録局 (RA) および GGF の規定する Basic Assurance Level の認証ポリシーを開発 ポリシードメインに跨る認証連携を可能とする仕組みを研究開発し GGF への提案を目指す NAREGI-CA V1.0 供済 溶媒分布解析 グリッド連成ミドルウェア Reference Interaction Site Model 無限系に対する溶媒分布解析プログラム 異なる離散点上のデータ変換 MPICH-G2, Globus 電子構造解析 グリッド連成ミドルウェア Fragment Molecular Orbital method ナノ高分子の電子構造解析プログラム

4 に民間移転できる実用的な仕組み23 大学 研究機関の技術ノウハウをスムーズ実証試験ネットワーク通信基盤技術研究開発 [ 添付資料 ] SS 研 Grid Computing WG フォーラム資料 2004/12/1 NAREGI テストベッド 19 グリッド基盤ソフトウェア研究開発システム (5Tflops,700GB) 20 九大情報基盤センター ~3000 プロセッサ ~17Tflops 大阪大 BioGrid 京大化研 東工大 Campus Grid アプリケーション研究開発拠点 ( 分子科学研究所 ) ~10Tflops 東北大金研 産総研 SuperCluster 産総研 KEK 物構研 東大物性研 ( 国立情報学研究所 ) ~5Tflops ファイルサーバ (PRIMEPOWER 900 +ETERNUS ETERNUS LT160) 16GB 1node/8CPU 10TB (RAID5/ ユーザ領域 ) (SPARC64V1.3GHz) ハ ックアッフ 最大 36.4TB 共有型演算サーバ1 (PRIMEPOWER HPC2500) 1node (UNIX, 128GB SPARC64V1.3GHz/64CPU) 441GB 共有型演算サーバ2 (SGI Altix3700) 1node 32GB (Itanium2 1.3GHz/32CPU) /32CPU) 180GB 共有型演算サーバ3 (IBM pseries690) 1node 64GB (Power4 1.3GHz/32CPU) /32CPU) 480GB 外部 NW L3 スイッチ (Catalyst 6506) 内部 NW L3 スイッチ (Catalyst 6503) ネットワークテストベッド (GNET-1) 内部 NW-A 内部 NW-B 分散型演算サーバA-1 (PRIMERGY RX200) 130GB 9.4TB InfiniBand 4X(8Gbps) 128 フ ロセッサ (Xeon3.06GHz/Linux)+ 管理ノート 分散型演算サーバA-2 (PRIMERGY RX200) 9.4TB InfiniBand 4X (8Gbps) 128 フ ロセッサ (Xeon3.06GHz/Linux)+ 管理ノート 分散型演算サーバB-1 (Express 5800) 128 フ ロセッサ (Xeon2.8GHz/Linux)+ 管理ノート 分散型演算サーバB-2 (Express 5800) 128 フ ロセッサ (Xeon2.8GHz/Linux)+ 管理ノート 分散型演算サーバB-3 (HPC LinuxNetworx クラスタ ) 128 フ ロセッサ (Xeon2.8GHz/Linux)+ 管理ノート 分散型演算サーバB-4 (HPC LinuxNetworx クラスタ ) 128 フ ロセッサ (Xeon2.8GHz/Linux)+ 管理ノート ナノアプリケーション研究開発システムアプリケーション研究開発拠点 (10Tflops,5TB) 21 NAREGI 研究開発日程 22 共有型演算サーバ分散型演算サーバ 5.4 TFLOPS 5.0 TFLOPS 16ways 50nodes (POWER4+ 1.7GHz) 818 CPUs(Xeon, 3.06GHz)+Control Nodes Multi-stage Crossbar Network Myrinet2000 (2Gbps) Memory 3072GB 2.2TB ファイルサーバ 16CPUs (SPARC64 GP, 675MHz) Memory 8GB 30TB Back-up 25TB フロントエンドサーバ L3 SW (Upgradable to 10Gbps) Firewall フロントエンドサーバ VPN Memory 1.6TB 1.1TB/unit 管理認証サーバ ~ 研究開発評価実用化 強化 実証試験成果活用 中間評価評価結果によりプロジェクト体制の見直し 計算科学グリッドアプリケーション研究開発ナノ分野の挑戦的研究テーマの選定 Gridの検証 研究開発方針仕様検討 実証研究 アプリケーションのグリッド環境対応研究開発 Grid ミドルウェア研究開発 評価実用化検討 構築運用技術開発初期インフラ NII,IMS 実用システム開発 構築 次期インフラ NAREGI ミドルウェア配布計画 まとめ 24 プロト版 Testbed for Prototyping (UNICORE, Condor,Globus) Development of of Operational Environment Integration Integration Integration α 版 β 版 β 版 随時個別提供 Final System (OGSA Compliant) Integration NAREGI V1.0 ( サイエンスグリッド構築環境 ) 1) グリッドは 21 世紀の研究開発基盤であり産業基盤です 2) NAREGIプロジェクトでは 異種混合の計算資源をシームレスにつなぐミドルウェア技術を中心に開発いたします 3) 開発したグリッド環境を用いて ナノサイエンスにグリッドを適用し 実用性を評価する実証研究までを行います 4) 開発したグリッド技術を広く産業界へ広め 産業界の国際競争力向上に寄与します 5) 国際的なグリッド技術標準化に寄与します Grid Grid Middleware Research

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