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Rechenpower für alle

Das Grid Computing ermöglicht eine völlig neue, einfache und kostengünstige Art, Computer zu nutzen. In Deutschland soll das D-Grid die technologische Basis dafür schaffen.

bild der wissenschaft: Herr Prof. Gentzsch, würden Sie bitte kurz erklären, was man unter Grid Computing versteht?

Gentzsch: Dahinter verbirgt sich eine wahre Revolution im Internet: Viele Computer werden in einem Netz zusammengeschlossen. Alle Nutzer können in diesem Netz über die Ressourcen der Rechner verfügen – über Rechenleistung und Speicherkapazität ebenso wie über den Zugriff zu wissenschaftlichen Großinstrumenten und Experimenten. Das bietet eine große Chance vor allem für Forscher und Unternehmen, die sich keine teuren Supercomputer leisten können und daher mit Leistung und Speicher ihrer eigenen Rechner haushalten müssen.

bdw: Können Sie ein gutes Beispiel für ein Grid nennen?

Gentzsch: Das wissenschaftliche Paradebeispiel für die Nutzung des Grid Computing ist der Large Hadron Collider (LHC) am CERN in Genf. An diesem größten Teilchenbeschleuniger der Welt werden ab 2008 rund 5000 Physiker forschen – in der Hoffnung auf neue Erkenntnisse über die Materie und ihre Wechselwirkungen. Die Wissenschaftler analysieren „Events“ – Kollisionen von Partikeln, die zuvor in der Anlage auf nahezu Lichtgeschwindigkeit beschleunigt wurden. Die Analyse der Events erzeugt einige Petabyte an Daten. Diese Daten werden gefiltert und in digitalen Katalogen sortiert, auf die Forscher aus aller Welt zugreifen können. Das dazu verwendete Grid ist hierarchisch in vier Ebenen aufgebaut: Die oberste Ebene bildet der Hauptrechner am CERN, darunter folgen die nationalen Forschungszentren, dann die lokalen Rechner der Institute und Universitäten und schließlich die persönlichen Computer der Wissenschaftler.

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bdw: Seit wann gibt es solche Computernetze?

Gentzsch: Internationale Anstrengungen zum Grid Computing gibt es bereits seit Mitte der Neunzigerjahre – damals sprach man noch von Metacomputing. Es liefen verschiedene Projekte zum „ Verteilten Rechnen“, beispielsweise „Globus“ in den USA und „ Unicore“ in Deutschland. Deutsche Wissenschaftler arbeiten seit etwa zehn Jahren in internationalen Grid-Projekten mit.

bdw: Was sind die Ziele der D-Grid-Initiative?

Gentzsch: Das kurzfristige Ziel ist es, innerhalb Deutschlands eine erste Grid-Infrastruktur für Wissenschaftler und Ingenieure aufzubauen. Langfristig soll sie allen Bürgern zugänglich sein. Die Idee dafür entstand etwa 2002. Im September 2005 schlossen sich dann zunächst Experten aus der Informatik mit sieben angewandten Forschungsverbünden aus Medizin, Energie, Klimaforschung, Hochenergiephysik, Astronomie, Ingenieurwissenschaften und Bibliothekswesen zusammen. Mithilfe von spezieller Software werden sich im D-Grid Wissenschaftler verschiedener Fachbereiche vernetzen und so die vorhandenen Ressourcen gemeinsam optimal nutzen können. Sie haben die Möglichkeit, im Grid auf viele Rechner und verteilte Datenspeicher sowie auf andere Ressourcen zuzugreifen. D-Grid gehört zur deutschen eScience-Initiative, die das Bundesministerium für Bildung und Forschung bis 2011 mit 100 Millionen Euro fördert.

bdw: Wo steht die deutsche Initiative im internationalen Vergleich?

Gentzsch: Die ersten umfangreichen Grid-Projekte nahm man vor etwa sechs Jahren in Angriff: die „e-Science-Initiative“ in Großbritannien, das „TeraGrid“ in den USA und „Naregi“ in Japan. Am Anfang hatte man bei diesen Projekten noch mit Kinderkrankheiten zu kämpfen: Neben Erfolgen stellten sich auch Misserfolge ein. In Deutschland profitieren wir von diesen Erfahrungen. Wir haben vor allem die englischen Grid-Projekte genau analysiert. Nach dem Beginn der Initiative war daher gleich ein erfolgreiches Durchstarten möglich.

bdw: Wie sieht das Durchstarten aus? Gibt es ein aktuelles Beispiel?

Gentzsch: Seit Kurzem existiert ein erster Prototyp der D-Grid- Infrastruktur. Im Moment werden Testanwendungen darauf gebracht. Konkret sieht das beispielsweise so aus: Die Klimaforscher haben das Ziel, künftige Klimaänderungen möglichst schnell und zuverlässig vorherzusagen, sodass Politik und Gesellschaft frühzeitig darauf reagieren können. Die über das „ C3-Grid“ verfügbare immense Rechenleistung erleichtert diese Aufgabe. Außerdem haben die Forscher Zugriff auf aktuelle weltweit verteilte Daten. Ein anderes Beispiel ist das „AstroGrid“ : Es dient den Astrophysikern dazu, weit entfernte Teleskope zu nutzen, die ihnen sonst nicht direkt zur Verfügung stünden. Mithilfe des Grid haben die Forscher Zugang zu vielen Supercomputern und Großexperimenten rund um den Globus. Das ermöglicht eine neue Qualität ihrer Arbeit und Ergebnisse.

bdw: Wie sieht es europaweit aus?

Gentzsch: Ein E-Grid gibt es noch nicht, doch dank einer Förderung durch die EU sind auf europäischer Ebene parallel zu D-Grid einige große transnationale Projekte entstanden. Das Projekt „EGEE“ zum Beispiel wurde vom CERN angestoßen, umfasst aber mittlerweile über 90 Organisationen, die in mehr als 20 verschiedenen Anwendungsbereichen auf dem Grid arbeiten. Ein anderes Projekt ist DEISA, das die 10 größten Supercomputer Europas vereint. Im Herbst 2007 genehmigte die EU den Antrag für eine europäische Grid-Initiative, an der auch wir mit D-Grid beteiligt sind. Europaweit sind alle Grids in der e-Infrastructure Reflection Group, kurz e-IRG, vertreten.

bdw: Auch das World Wide Web stellt Informationen überall für jedermann bereit. Ist das Grid das neue Internet?

Gentzsch: Nein. Ich sehe das Grid der Zukunft nur als eine Erweiterung des Internet. Das Grid wird das World Wide Web nicht ersetzen, sondern ergänzen. Zusätzlich zu den Informationen, die man übers Web bekommt, werden dann Dienste angeboten, die aus einer Kombination von Information und Rechenleistung bestehen.

bdw: Wenn die Rechenleistung aus dem Netz kommt, wie der Strom aus der Steckdose, stellt sich zwangsläufig die Frage nach den Kosten. Was muss man für die Dienste bezahlen, die das Grid bietet?

Gentzsch: Das Geschäftsmodell beim Grid Computing wird auf einem ähnlichen Prinzip wie bei Strom, Wasser und Telefon basieren: Die Nutzer werden Dienstleistungsunternehmen in Einheiten bezahlen, die sich aus den Kosten für Rechner, Speicher, Software, Arbeitszeit, Strom- und Raumbedarf ergeben. Es wird unterschiedliche Arten von Dienstleistungen und Serviceanbietern geben: zum einen Anbieter, die den Zugang zu Rechnern und Speicherplatz bereitstellen, zum anderen solche, die anwendungsorientierte Dienstleistungen offerieren. Zahlreiche Ingenieurbüros nehmen schon heute solche Dienste in Anspruch. Künftig wird man am Monatsende eine Rechnung von seinem Service Provider erhalten, auf der die verschiedenen Dienstleistungen nach Anbietern getrennt aufgeschlüsselt sind – so wie man es von der Telekom-Rechnung kennt. Die Plattform für all diese Geschäfte wird das Internet sein: Um Dienstleistungen per Grid Computing zu nutzen, klickt man sich auf das Online-Portal des Anbieters, loggt sich dort ein und findet sein persönliches Profil.

bdw: Ein großes Problem ist auf jeden Fall die Sicherheit. Wie soll die gewährleistet sein?

Gentzsch: Dieser Aspekt ist uns sehr wichtig, gerade weil wir die Wirtschaft mit ins Boot holen wollen. Neben einem großen Arbeitspaket zur Authentifizierung und Autorisierung läuft innerhalb der D-Grid-Initiative ein eigenes Sicherheitsprojekt. Bislang sind Grids entweder innerhalb von Firewalls – einem Schutzsystem für Datennetze – als „Enterprise Grids“ entstanden, oder als „glo- bale Grids“. Enterprise Grids sind zwar durch die Firewalls nach außen geschützt, doch gegen Attacken von innen sind sie nicht so einfach abzusichern. In globalen Grids ist der Aufbau und Betrieb von Zertifizierungsstellen, die für Sicherheit sorgen sollen, noch ein mühsames Unterfangen. Wenn man die Kapazitäten im Grid aber vollständig nutzen will, sind hohe Sicherheitsstandards und einfache Werkzeuge notwendig, die auch bei einer großen Zahl von Nutzern zuverlässig funktionieren. Ganz sicher kann man freilich nie sein: Auch bei Kreditkarten gibt es einen relativ hohen Prozentsatz an Missbrauch – und dennoch denkt kaum jemand daran, diese Zahlungsform wieder aufzugeben.

bdw: Grid Computing ist für die Industrie nichts Neues mehr. Welche Anreize gibt es für Unternehmen, in D-Grid einzusteigen?

Gentzsch: Einer der Vorreiter beim Einsatz von Enterprise Grids war die Automobilindustrie. Per Grid Computing können etwa Crashtests sehr viel schneller simuliert werden, und die Entwicklungsdauer neuer Autos lässt sich erheblich verkürzen. Wenn die Entwickler je nach Bedarf zusätzliche Ressourcen und Dienstleistungen wie Speicherplatz und Berechnungen von außen abrufen könnten, wäre das für die Industrie äußerst attraktiv. Überdies sind völlig neue Anwendungen denkbar. Die Menschen in Europa leben in einer zunehmend älteren Gesellschaft. Stellen Sie sich einmal vor, viele ältere Menschen trügen in ihrem Mobiltelefon einen elektronischen Gesundheitsassistenten bei sich. Der würde über Sensoren in der Kleidung den Gesundheitszustand überwachen und im Notfall eine Verbindung zur Klinik oder zum Hausarzt herstellen. Der dafür nötige Rechenaufwand und Speicherbedarf würden das Grid und seine Ressourcen schnell füllen. Ähnlich groß wäre die Nachfrage bei Computerspielen, an denen sehr viele Spieler übers Web teilnehmen, dem „Multiplayer Gaming“. In der 2007 gestarteten zweiten Phase des D-Grid-Projekts konnten wir auch Service Provider dafür gewinnen, Wissenschaftlern Dienstleistungen anzubieten und Geschäftsmodelle zu entwickeln. Das BMBF stellt dafür in den nächsten zwei bis drei Jahren weitere 20 Millionen Euro zur Verfügung.

bdw: Vor gut zehn Jahren trat das World Wide Web seinen stürmischen Siegeszug an. Was wird das Web nach Ihrer Überzeugung in zehn Jahren prägen?

Gentzsch: Zusätzlich zum World Wide Web wird das Grid bislang unbekannte Angebote mit sich bringen, bei denen man als Nutzer nicht mehr unterscheiden kann, ob man nur Informationen oder auch Rechenleistung und darauf aufbauende Dienste empfängt. Wie beim WWW ist auch beim Grid Computing die Wissenschaft die Triebfeder der Entwicklung. Mir persönlich liegt dabei besonders am Herzen, dass das Wissen nicht bei den Experten bleibt – wie bisher –, sondern dass das neue Wissen und die neuen Werkzeuge, um es zu nutzen und zu vermitteln, auch in den Schulen Einzug halten. Die „ Gridifizierung“ des Internet kann helfen, Lerninhalte stärker interaktiv zur Verfügung zu stellen. Lehrer und Schüler werden über ihren PC im Grid auf digitale Sammlungen von Simulationen zugreifen und damit kreativ und interaktiv arbeiten können – als Ergänzung zur heutigen Form des Unterrichts. Schüler würden erstmals dieselben Werkzeuge verwenden können wie die Experten in Wissenschaft und Wirtschaft. Das Gespräch führte Ralf Butscher ■

Ohne Titel

Am 1. September 2005 fiel der Startschuss für den Aufbau einer tragfähigen Infrastruktur für das Grid Computing in Deutschland. Dazu haben sich in einer ersten Phase der D-Grid-Initiative Wissenschaftler aus Astronomie, Klimaforschung, Hochenergiephysik, Ingenieur- und Geisteswissenschaften, Medizin, Informatik und Energieforschung zu sieben sogenannten Community-Projekten und einem Integrationsprojekt zusammengeschlossen. Das D-Grid wird in Zukunft allen Wissenschaftlern und der ganzen Wirtschaft in Deutschland zur Verfügung stehen. Die Infrastruktur für das Grid Computing soll dazu beitragen, neuartige, auf der Internet-Technologie basierende Forschungsmethoden und Geschäftsmodelle – eScience und eBusiness – in Deutschland zu etablieren. Ein Beispiel für eScience sind „Kollaboratorien“: virtuelle Labors, in denen Wissenschaftler verteilt über den gesamten Erdball gemeinsam an einem Forschungsprojekt arbeiten können. Das BMBF fördert die Projekte der ersten Phase der D-Grid-Initiative bis 2008. Im zweiten Abschnitt, der Mitte 2007 startete, fördert das BMBF zwölf weitere Projekte – aus der Luft- und Raumfahrt, der Bauindustrie, dem Bereich Business-Informationssysteme, zu Grid-Technologien in der Wirtschaft, dem Ressource- und Service-Monitoring, dem Finanzwesen, der Geodaten-Infrastruktur, zum Management virtueller Organisationen, kollaborativer Produktentwicklung, zu Nachhaltigkeitskonzepten in Forschung und Industrie, zur e-Kollaboration in der Industrie sowie ein Service-Grid für Forschung und Lehre. Lesen Sie dazu auch den Beitrag „Vereinte Kräfte“ auf S. 26 in der Sonderbeilage dieses Hefts „Simulierte Welten“. Weitere Infos auch im Web unter: www.d-grid.de

Ohne Titel

Prof. Dr. Wolfgang Gentzsch

ist einer der Pioniere des Grid Computing. Er gründete bereits in den Neunzigerjahren zwei Firmen für Verteiltes Rechnen und arbeitete seit 1996 beim deutschen Unicore-Projekt mit. Der Informatiker aus Regensburg ist Adjunct Professor an mehreren amerikanischen Universitäten und berät den US-Präsidenten in Fragen von Wissenschaft und Technologie. Seit September 2005 verantwortet Gentzsch im Auftrag des European Media Laboratory (EML) in Heidelberg und des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) die Koordination der deutschen D-Grid-Initiative. Seit Januar 2007 ist er zudem Vorsitzender der europäischen Expertenkommission für Grid Computing: e-Infrastructure Reflecting Group (e-IRG).

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