由云計(jì)算現(xiàn)狀談未來計(jì)算數(shù)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展趨勢

1、<p>　　由云計(jì)算現(xiàn)狀談未來計(jì)算數(shù)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展趨勢</p><p>　　摘要：伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不斷拓展,能夠反映國際科學(xué)計(jì)算最新研究成果的高性能計(jì)算在高校應(yīng)運(yùn)而生，同時(shí)也培養(yǎng)和造就大批適應(yīng)時(shí)代需求的科學(xué)與工程計(jì)算的高素質(zhì)人才?！霸朴?jì)算”這種通過網(wǎng)絡(luò)按需獲取計(jì)算資源的嶄新技術(shù)給信息技術(shù)領(lǐng)域帶來了重大變革。計(jì)算數(shù)學(xué)及其相關(guān)專業(yè)的研究將是未來信息技術(shù)的核心發(fā)展對象，數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)的完美結(jié)合將是未

2、來網(wǎng)絡(luò)研發(fā)的趨勢。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：云計(jì)算；計(jì)算數(shù)學(xué)；互聯(lián)網(wǎng)；高性能計(jì)算；信息管理 </p><p>　　Abstract: along with the progress of computer technology and network applications continue to expand, to reflect the international lates

3、t research results of high performance computing science came into being in the college, as well as train and bring up large quantities of high quality to meet the needs of era of science and engineering calculation. &qu

4、ot;Cloud computing" this on-demand access to computing resources through the network of the new technology to the field of information technology has</p><p>　　Keywords: cloud computing; Computational ma

5、thematics; Internet; High performance computing; Information management. </p><p>　　中圖分類號：TB115文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：2095-2104(2013) </p><p><b>　　前言： </b></p><p>　　云計(jì)算是目前信息技術(shù)領(lǐng)域革新的代

6、名詞.隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，目前許多領(lǐng)域都需要解決大量的數(shù)據(jù)問題，例如航空航天，控制領(lǐng)域，金融領(lǐng)域，高能物理實(shí)驗(yàn)，計(jì)算機(jī)圖形，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建，高性能計(jì)算等領(lǐng)域的研究，都需要精確的計(jì)算來完成。所以，計(jì)算數(shù)學(xué)憑著著它獨(dú)特的計(jì)算方法和精密的計(jì)算結(jié)果快速發(fā)展起來。國內(nèi)許多高校建立起了自己的計(jì)算數(shù)學(xué)研究所，主要任務(wù)和發(fā)展定位是面向科學(xué)與工程中的重大應(yīng)用問題,著眼于基礎(chǔ)性和關(guān)鍵性的計(jì)算方法的理論創(chuàng)新和技術(shù)創(chuàng)新。伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的不斷拓

7、展,能夠反映國際科學(xué)計(jì)算最新研究成果的高性能計(jì)算在高校應(yīng)運(yùn)而生，同時(shí)也培養(yǎng)和造就大批適應(yīng)時(shí)代需求的科學(xué)與工程計(jì)算的高素質(zhì)人才。 </p><p>　　高性能計(jì)算雖然是計(jì)算數(shù)學(xué)中新增的學(xué)科，但是短短幾年時(shí)間便在現(xiàn)代信息通信研究中起到了舉足輕重的作用，而“云計(jì)算”這種通過網(wǎng)絡(luò)按需獲取計(jì)算資源的嶄新技術(shù)更是給信息技術(shù)領(lǐng)域帶來了重大變革?？梢?，計(jì)算數(shù)學(xué)及其相關(guān)專業(yè)的研究將是未來信息技術(shù)的核心發(fā)展對象，數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)的完美結(jié)

8、合將是未來網(wǎng)絡(luò)研發(fā)的趨勢。 </p><p><b>　　云計(jì)算發(fā)展現(xiàn)狀 </b></p><p>　　2006年谷歌公司推出了“Google101計(jì)劃”，首次正式提出了“云計(jì)算”的概念，短短數(shù)年間，“云計(jì)算”這種通過網(wǎng)絡(luò)按需獲取計(jì)算資源的嶄新技術(shù)正在給信息技術(shù)領(lǐng)域帶來巨大的變革。[1]目前，各國紛紛制定了發(fā)展云計(jì)算的國家計(jì)劃，國內(nèi)外知名IT企業(yè)競相推出了有關(guān)云計(jì)算的

9、產(chǎn)品和系統(tǒng)，學(xué)術(shù)界對云計(jì)算技術(shù)也正積極開展深入研究。 </p><p>　　有關(guān)云計(jì)算的概念，眾說紛紜，我們可以這樣來認(rèn)識：云計(jì)算是基于網(wǎng)絡(luò)的、面向服務(wù)的計(jì)算新模式，它將各類計(jì)算資源虛擬化、服務(wù)化，構(gòu)成虛擬化計(jì)算資源的服務(wù)云池，集中高效管理和運(yùn)營，使用戶在云端通過網(wǎng)絡(luò)和云計(jì)算平臺就能隨時(shí)按需獲取計(jì)算資源，完成高效低成本計(jì)算活動。 </p><p>　　云計(jì)算服務(wù)具有以下五方面的特點(diǎn)： &l

10、t;/p><p>　　按需、動態(tài)、敏捷的計(jì)算服務(wù)。用戶可以隨時(shí)隨地根據(jù)應(yīng)用的需求，動態(tài)、敏捷地獲取云計(jì)算服務(wù)資源。 </p><p>　　虛擬化的超大規(guī)模。計(jì)算資源服務(wù)運(yùn)行在虛擬平臺上，用戶所請求的資源來自于規(guī)模巨大的虛擬化云池。 </p><p>　　高可靠性。云計(jì)算平臺采用了各種容錯(cuò)技術(shù)，因此，使用云計(jì)算服務(wù)比使用現(xiàn)有其他計(jì)算手段的可靠性更高。 </p>

11、<p>　　綠色化。云計(jì)算技術(shù)支持計(jì)算資源的全面共享，提高了計(jì)算資源的利用率，實(shí)現(xiàn)了資源的增效。 </p><p>　　高通用性。云計(jì)算資源池可靈活支持各類不同應(yīng)用。 </p><p>　　云計(jì)算的市場需求與產(chǎn)業(yè)規(guī)模正進(jìn)入飛速發(fā)展的階段。據(jù)美林證券分析，2011年全球云計(jì)算銷售收入達(dá)到1600億美元。據(jù)計(jì)世咨詢研究報(bào)告，2010年，中國云計(jì)算市場規(guī)模達(dá)到559億元人民幣，同比

12、增長29.3%；預(yù)計(jì)2015年中國云計(jì)算市場年復(fù)合增長率可達(dá)到50%以上。因此，亞馬遜，谷歌，IBM，微軟，蘋果等跨國IT企業(yè)以及曙光，華為，中國移動，中國電信，騰訊，百度等國內(nèi)知名公司都紛紛介入云計(jì)算產(chǎn)品、系統(tǒng)的開發(fā)和服務(wù)。 </p><p>　　云計(jì)算應(yīng)用正在廣度和深度上積極發(fā)展。云計(jì)算技術(shù)已在眾多領(lǐng)域成功獲得應(yīng)用，如科學(xué)研究領(lǐng)域的數(shù)據(jù)中心科學(xué)云（Cumulus）、CARMEN（e-Science），社會民生

13、領(lǐng)域的Granules云醫(yī)療系統(tǒng)、BetterLife2.0城市社會服務(wù)系統(tǒng)，以及工程應(yīng)用領(lǐng)域的云仿真、云制造等。廣泛的應(yīng)用有力地促進(jìn)了云計(jì)算的技術(shù)落地與創(chuàng)新突破，同時(shí)云計(jì)算的發(fā)展也在不斷催生新的應(yīng)用需求。 </p><p>　　云計(jì)算受到政府和企業(yè)高度重視 </p><p>　　云計(jì)算概念一經(jīng)提出，便受到業(yè)界和各國政府的普遍關(guān)注。不僅是因?yàn)樗鼙苊鈹?shù)據(jù)丟失、病毒入侵等麻煩，更是由于它節(jié)約

14、環(huán)保，減少碳排放。研究表明，到2020年，使用云計(jì)算的美國企業(yè)每年將減少能源支出123億美元，同時(shí)減少2億桶原油當(dāng)量的碳排放。該報(bào)告指出采用云計(jì)算的企業(yè)能夠降低能耗、碳排放及其在IT資源上的資金支出，同時(shí)提升運(yùn)行效率。云計(jì)算可以幫助用戶避免在基礎(chǔ)設(shè)施方面的昂貴支出；為企業(yè)提供更大的靈活性；避免企業(yè)在性能超出部分的持續(xù)維護(hù)；提升業(yè)務(wù)處理流程的效率和機(jī)構(gòu)靈活性。 </p><p>　　近年來，云計(jì)算的關(guān)注度穩(wěn)步提升，

15、發(fā)達(dá)國家紛紛出臺云計(jì)算發(fā)展戰(zhàn)略。作為云計(jì)算的發(fā)源地，美國政府發(fā)布了《聯(lián)邦云計(jì)算戰(zhàn)略》。該戰(zhàn)略指出云計(jì)算有潛力在解決美國聯(lián)邦政府信息技術(shù)環(huán)境設(shè)施利用率低、資源要求分散、系統(tǒng)建設(shè)重復(fù)、運(yùn)行環(huán)境管理困難、采購周期長等問題和提升政府中扮演重要角色。 </p><p>　　歐盟將云計(jì)算作為重點(diǎn)研發(fā)領(lǐng)域之一，重點(diǎn)關(guān)注云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、云安全等問題。2011年3月，歐洲發(fā)布了題為《在歐洲生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施中集成云計(jì)算與虛擬化》的報(bào)

16、告，旨在對涉及大規(guī)模信息化基礎(chǔ)設(shè)施的新技術(shù)進(jìn)行評估，理解他們與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)系，將云計(jì)算與虛擬化集成到歐洲的生產(chǎn)基礎(chǔ)設(shè)施。[2] </p><p>　　2011年6月，亞洲云計(jì)算協(xié)會啟動了一項(xiàng)名為“云計(jì)算就緒指數(shù)”的研究，以跟蹤亞洲地區(qū)云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施與服務(wù)的發(fā)展程度?！霸朴?jì)算就緒指數(shù)”通過對亞太地區(qū)14個(gè)國家和地區(qū)相關(guān)領(lǐng)域的分析研究，提出了元計(jì)算部署相關(guān)的10項(xiàng)關(guān)鍵特性，分別為：管理?xiàng)l件；國際連接性；數(shù)據(jù)保護(hù)政

17、策；寬帶質(zhì)量；政府給予的優(yōu)先權(quán)；電網(wǎng)質(zhì)量；互聯(lián)網(wǎng)過濾；企業(yè)效率指數(shù)；全球風(fēng)險(xiǎn)；ICT發(fā)展。亞洲云計(jì)算協(xié)會表示：云計(jì)算能夠?yàn)閬喼薜馁Q(mào)易和經(jīng)濟(jì)融合帶來活力，為了能夠讓這種潛力變成現(xiàn)實(shí)，亞洲還需要在政策和管理框架方面進(jìn)行協(xié)調(diào)，以有效開展數(shù)字信息和服務(wù)方面貿(mào)易。 </p><p>　　未來計(jì)算數(shù)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展趨勢 </p><p>　　隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及信息化對計(jì)算結(jié)果的要求越來越精確，未來計(jì)

18、算數(shù)學(xué)領(lǐng)域?qū)⒃谕ㄐ偶夹g(shù)及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方向扮演重要的角色，各大高校也應(yīng)該逐步讓計(jì)算數(shù)學(xué)專業(yè)為社會培養(yǎng)個(gè)多的致力于研究高性能計(jì)算、云計(jì)算等傾向于網(wǎng)絡(luò)開發(fā)方向的優(yōu)秀人才，使研究型人才學(xué)有所用。與此同時(shí)，加強(qiáng)各學(xué)科之間的交叉融合，“從零開始”研究未來互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，必須要跳出現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系的框架，既需要通過跨學(xué)科研究，使計(jì)算數(shù)學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、經(jīng)濟(jì)理論、社會計(jì)算等領(lǐng)域?qū)W科人才互通交流來考慮信息的時(shí)空分布、拓展信息理論形成新的通信網(wǎng)絡(luò)框架，還

19、需要采用全新的協(xié)議徹底解決安全性、可擴(kuò)展性問題。因此在計(jì)算數(shù)學(xué)云計(jì)算方向?qū)W科建設(shè)上，需要突破以往學(xué)科之間各自為戰(zhàn)的弊端，開拓一個(gè)跨學(xué)科、跨國界的科研平臺培養(yǎng)一批兼具獨(dú)立思考能力與融合創(chuàng)新能力、視野開闊、善于和作的科研骨干。同時(shí)通過“千人計(jì)劃”、“萬人計(jì)劃”等人才引進(jìn)方式，吸引相關(guān)研究領(lǐng)域的優(yōu)秀人才，或通過顧問的形式聘請國外未來互聯(lián)網(wǎng)研究的領(lǐng)軍人物，以借鑒和吸納國外前沿研究成果，提升科研水平。[3] </p><p&g

20、t;　　除此之外，近年來多所國內(nèi)大學(xué)高校在數(shù)學(xué)方向開設(shè)了高性能計(jì)算這門學(xué)科，基于云的高性能計(jì)算技術(shù)（C-HPC）受到關(guān)注，2011年9月，中德雙邊“基于云的高性能計(jì)算技術(shù)”高級研討會在上海舉行，本次研討匯集了來自中德高等院校的研究機(jī)構(gòu)的眾多知名研究者，包括德國三大高性能計(jì)算中心主任，雙方就基于云計(jì)算的高性能計(jì)算技術(shù)基礎(chǔ)理論、核心技術(shù)及其相關(guān)應(yīng)用等方面進(jìn)行交流。另外，上海交通大學(xué)提出了一種融合高性能計(jì)算。網(wǎng)絡(luò)計(jì)算和云計(jì)算的新型計(jì)算框架——

21、高性能彈性計(jì)算（HPEC），可以跨域管理和調(diào)度云計(jì)算資源，支持GPU和眾核異構(gòu)計(jì)算環(huán)境，用戶自主靈活地申請和管理計(jì)算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源，這些資源可以是虛擬化的或者是直接的物理資源，支持HPCPaaS（High Performance Computing PaaS)多接點(diǎn)集群及上層軟件的快速部署，同時(shí)支持計(jì)算密集（MPI）和數(shù)據(jù)密集（Map/Reduce）應(yīng)用等。 </p><p>　　2010年年底建成的“北京工業(yè)

22、大學(xué)云計(jì)算實(shí)驗(yàn)平臺”是采用云計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)搭建的高性能計(jì)算平臺，總計(jì)算能力達(dá)到23TFlops，總存儲能力達(dá)到40TB，其計(jì)算節(jié)點(diǎn)包括252臺IBM BladeCenterHS21刀片服務(wù)器和三臺IBM System x3950 M2大內(nèi)存機(jī)架服務(wù)器，其存儲節(jié)點(diǎn)由4臺IBM DS4700-70A磁盤列陣組成。該平臺對高性能計(jì)算中心，最終實(shí)現(xiàn)硬件資源和軟件資源的統(tǒng)一管理、統(tǒng)一分配、統(tǒng)一部署、統(tǒng)一監(jiān)控和統(tǒng)一備份，打破單個(gè)運(yùn)算對資源的獨(dú)占，從而

23、幫助實(shí)現(xiàn)高性能計(jì)算目標(biāo)。[4] </p><p><b>　　結(jié)語 </b></p><p>　　云計(jì)算這一概念的提出標(biāo)志著未來幾年計(jì)算數(shù)學(xué)會在互聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建方面做出突出貢獻(xiàn)。作為培養(yǎng)高科技學(xué)術(shù)人才的理工科院校，應(yīng)該跟緊時(shí)代步伐，多開設(shè)有關(guān)高性能計(jì)算、云計(jì)算相關(guān)課程，給學(xué)生們將理論用于實(shí)踐的機(jī)會，使計(jì)算數(shù)學(xué)的知識得以發(fā)揮其更大的作用。 </p><p&

24、gt;<b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]《2012高技術(shù)發(fā)展報(bào)告》 科學(xué)出版社 中國科學(xué)院編寫 </p><p>　　[2]《2012國際科學(xué)技術(shù)發(fā)展報(bào)告》 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社 中華人民共和國科學(xué)技術(shù)部編寫 </p><p>　　[3]《國際科學(xué)技術(shù)前沿報(bào)告2012》 科學(xué)出版社 主編 張曉林 張志強(qiáng) </p&g