由云計算現狀談未來計算數學領域發(fā)展趨勢

1、<p>　　由云計算現狀談未來計算數學領域發(fā)展趨勢</p><p>　　摘要：伴隨計算機技術的進步和網絡應用的不斷拓展,能夠反映國際科學計算最新研究成果的高性能計算在高校應運而生，同時也培養(yǎng)和造就大批適應時代需求的科學與工程計算的高素質人才?！霸朴嬎恪边@種通過網絡按需獲取計算資源的嶄新技術給信息技術領域帶來了重大變革。計算數學及其相關專業(yè)的研究將是未來信息技術的核心發(fā)展對象，數學和計算機的完美結合將是未

2、來網絡研發(fā)的趨勢。 </p><p>　　關鍵詞：云計算；計算數學；互聯網；高性能計算；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文獻標識碼：A文章編號：2095-2104(2013) </p><p><b>　　前言： </b></p><p>　　云計算是目前信息技術領域革新的代

6、名詞.隨著現代科學技術的迅速發(fā)展，目前許多領域都需要解決大量的數據問題，例如航空航天，控制領域，金融領域，高能物理實驗，計算機圖形，網絡構建，高性能計算等領域的研究，都需要精確的計算來完成。所以，計算數學憑著著它獨特的計算方法和精密的計算結果快速發(fā)展起來。國內許多高校建立起了自己的計算數學研究所，主要任務和發(fā)展定位是面向科學與工程中的重大應用問題,著眼于基礎性和關鍵性的計算方法的理論創(chuàng)新和技術創(chuàng)新。伴隨計算機技術的進步和網絡應用的不斷拓

7、展,能夠反映國際科學計算最新研究成果的高性能計算在高校應運而生，同時也培養(yǎng)和造就大批適應時代需求的科學與工程計算的高素質人才。 </p><p>　　高性能計算雖然是計算數學中新增的學科，但是短短幾年時間便在現代信息通信研究中起到了舉足輕重的作用，而“云計算”這種通過網絡按需獲取計算資源的嶄新技術更是給信息技術領域帶來了重大變革?？梢姡嬎銛祵W及其相關專業(yè)的研究將是未來信息技術的核心發(fā)展對象，數學和計算機的完美結

8、合將是未來網絡研發(fā)的趨勢。 </p><p><b>　　云計算發(fā)展現狀 </b></p><p>　　2006年谷歌公司推出了“Google101計劃”，首次正式提出了“云計算”的概念，短短數年間，“云計算”這種通過網絡按需獲取計算資源的嶄新技術正在給信息技術領域帶來巨大的變革。[1]目前，各國紛紛制定了發(fā)展云計算的國家計劃，國內外知名IT企業(yè)競相推出了有關云計算的

9、產品和系統(tǒng)，學術界對云計算技術也正積極開展深入研究。 </p><p>　　有關云計算的概念，眾說紛紜，我們可以這樣來認識：云計算是基于網絡的、面向服務的計算新模式，它將各類計算資源虛擬化、服務化，構成虛擬化計算資源的服務云池，集中高效管理和運營，使用戶在云端通過網絡和云計算平臺就能隨時按需獲取計算資源，完成高效低成本計算活動。 </p><p>　　云計算服務具有以下五方面的特點： &l

10、t;/p><p>　　按需、動態(tài)、敏捷的計算服務。用戶可以隨時隨地根據應用的需求，動態(tài)、敏捷地獲取云計算服務資源。 </p><p>　　虛擬化的超大規(guī)模。計算資源服務運行在虛擬平臺上，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。云計算平臺采用了各種容錯技術，因此，使用云計算服務比使用現有其他計算手段的可靠性更高。 </p>

11、<p>　　綠色化。云計算技術支持計算資源的全面共享，提高了計算資源的利用率，實現了資源的增效。 </p><p>　　高通用性。云計算資源池可靈活支持各類不同應用。 </p><p>　　云計算的市場需求與產業(yè)規(guī)模正進入飛速發(fā)展的階段。據美林證券分析，2011年全球云計算銷售收入達到1600億美元。據計世咨詢研究報告，2010年，中國云計算市場規(guī)模達到559億元人民幣，同比

12、增長29.3%；預計2015年中國云計算市場年復合增長率可達到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，百度等國內知名公司都紛紛介入云計算產品、系統(tǒng)的開發(fā)和服務。 </p><p>　　云計算應用正在廣度和深度上積極發(fā)展。云計算技術已在眾多領域成功獲得應用，如科學研究領域的數據中心科學云（Cumulus）、CARMEN（e-Science），社會民生

13、領域的Granules云醫(yī)療系統(tǒng)、BetterLife2.0城市社會服務系統(tǒng)，以及工程應用領域的云仿真、云制造等。廣泛的應用有力地促進了云計算的技術落地與創(chuàng)新突破，同時云計算的發(fā)展也在不斷催生新的應用需求。 </p><p>　　云計算受到政府和企業(yè)高度重視 </p><p>　　云計算概念一經提出，便受到業(yè)界和各國政府的普遍關注。不僅是因為它能避免數據丟失、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，使用云計算的美國企業(yè)每年將減少能源支出123億美元，同時減少2億桶原油當量的碳排放。該報告指出采用云計算的企業(yè)能夠降低能耗、碳排放及其在IT資源上的資金支出，同時提升運行效率。云計算可以幫助用戶避免在基礎設施方面的昂貴支出；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；提升業(yè)務處理流程的效率和機構靈活性。 </p><p>　　近年來，云計算的關注度穩(wěn)步提升，

15、發(fā)達國家紛紛出臺云計算發(fā)展戰(zhàn)略。作為云計算的發(fā)源地，美國政府發(fā)布了《聯邦云計算戰(zhàn)略》。該戰(zhàn)略指出云計算有潛力在解決美國聯邦政府信息技術環(huán)境設施利用率低、資源要求分散、系統(tǒng)建設重復、運行環(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>　　歐盟將云計算作為重點研發(fā)領域之一，重點關注云計算基礎設施建設、云安全等問題。2011年3月，歐洲發(fā)布了題為《在歐洲生產基礎設施中集成云計算與虛擬化》的報

16、告，旨在對涉及大規(guī)模信息化基礎設施的新技術進行評估，理解他們與網絡基礎設施的關系，將云計算與虛擬化集成到歐洲的生產基礎設施。[2] </p><p>　　2011年6月，亞洲云計算協會啟動了一項名為“云計算就緒指數”的研究，以跟蹤亞洲地區(qū)云計算基礎設施與服務的發(fā)展程度。“云計算就緒指數”通過對亞太地區(qū)14個國家和地區(qū)相關領域的分析研究，提出了元計算部署相關的10項關鍵特性，分別為：管理條件；國際連接性；數據保護政

17、策；寬帶質量；政府給予的優(yōu)先權；電網質量；互聯網過濾；企業(yè)效率指數；全球風險；ICT發(fā)展。亞洲云計算協會表示：云計算能夠為亞洲的貿易和經濟融合帶來活力，為了能夠讓這種潛力變成現實，亞洲還需要在政策和管理框架方面進行協調，以有效開展數字信息和服務方面貿易。 </p><p>　　未來計算數學領域發(fā)展趨勢 </p><p>　　隨著網絡技術的迅猛發(fā)展以及信息化對計算結果的要求越來越精確，未來計

18、算數學領域將在通信技術及網絡構建方向扮演重要的角色，各大高校也應該逐步讓計算數學專業(yè)為社會培養(yǎng)個多的致力于研究高性能計算、云計算等傾向于網絡開發(fā)方向的優(yōu)秀人才，使研究型人才學有所用。與此同時，加強各學科之間的交叉融合，“從零開始”研究未來互聯網技術，必須要跳出現有互聯網技術體系的框架，既需要通過跨學科研究，使計算數學與計算機科學，網絡設計、經濟理論、社會計算等領域學科人才互通交流來考慮信息的時空分布、拓展信息理論形成新的通信網絡框架，還

19、需要采用全新的協議徹底解決安全性、可擴展性問題。因此在計算數學云計算方向學科建設上，需要突破以往學科之間各自為戰(zhàn)的弊端，開拓一個跨學科、跨國界的科研平臺培養(yǎng)一批兼具獨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。同時通過“千人計劃”、“萬人計劃”等人才引進方式，吸引相關研究領域的優(yōu)秀人才，或通過顧問的形式聘請國外未來互聯網研究的領軍人物，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，近年來多所國內大學高校在數學方向開設了高性能計算這門學科，基于云的高性能計算技術（C-HPC）受到關注，2011年9月，中德雙邊“基于云的高性能計算技術”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構的眾多知名研究者，包括德國三大高性能計算中心主任，雙方就基于云計算的高性能計算技術基礎理論、核心技術及其相關應用等方面進行交流。另外，上海交通大學提出了一種融合高性能計算。網絡計算和云計算的新型計算框架——

21、高性能彈性計算（HPEC），可以跨域管理和調度云計算資源，支持GPU和眾核異構計算環(huán)境，用戶自主靈活地申請和管理計算、存儲和網絡資源，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)多接點集群及上層軟件的快速部署，同時支持計算密集（MPI）和數據密集（Map/Reduce）應用等。 </p><p>　　2010年年底建成的“北京工業(yè)

22、大學云計算實驗平臺”是采用云計算基礎架構搭建的高性能計算平臺，總計算能力達到23TFlops，總存儲能力達到40TB，其計算節(jié)點包括252臺IBM BladeCenterHS21刀片服務器和三臺IBM System x3950 M2大內存機架服務器，其存儲節(jié)點由4臺IBM DS4700-70A磁盤列陣組成。該平臺對高性能計算中心，最終實現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，打破單個運算對資源的獨占，從而

23、幫助實現高性能計算目標。[4] </p><p><b>　　結語 </b></p><p>　　云計算這一概念的提出標志著未來幾年計算數學會在互聯網構建方面做出突出貢獻。作為培養(yǎng)高科技學術人才的理工科院校，應該跟緊時代步伐，多開設有關高性能計算、云計算相關課程，給學生們將理論用于實踐的機會，使計算數學的知識得以發(fā)揮其更大的作用。 </p><p&

24、gt;<b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]《2012高技術發(fā)展報告》 科學出版社 中國科學院編寫 </p><p>　　[2]《2012國際科學技術發(fā)展報告》 科學技術文獻出版社 中華人民共和國科學技術部編寫 </p><p>　　[3]《國際科學技術前沿報告2012》 科學出版社 主編 張曉林 張志強 </p&g