Περιεχόμενο

• Βήματα
• Συμβουλές
• Προειδοποιήσεις

Ψάχνετε για μια μηχανή ικανή να εκτελεί εκατοντάδες τρισεκατομμύρια υπολογισμούς κυμαινόμενου σημείου ανά δευτερόλεπτο; Ή θέλετε απλώς να καυχηθείτε σε φίλους για τον υπερυπολογιστή που είναι τοποθετημένος στο δωμάτιό σας; Η οικοδόμηση ενός συμπλέγματος υπολογιστών υψηλής απόδοσης, ή ενός υπερυπολογιστή, είναι μια πρόκληση που μπορεί να προσπαθήσει κάθε ενθουσιώδης με ένα δωρεάν σαββατοκύριακο και κάποια χρήματα που απομένουν. Από τεχνική άποψη, ένας υπερυπολογιστής πολλαπλών επεξεργαστών είναι ένα δίκτυο υπολογιστών που συνεργάζονται για την επίλυση ενός προβλήματος. Αυτό το άρθρο θα περιγράψει εν συντομία κάθε βήμα της διαδικασίας, εστιάζοντας σε υλικό και λογισμικό.

Βήματα

1. 

   Προσδιορίστε πρώτα τα απαιτούμενα στοιχεία και πόρους υλικού. Θα χρειαστείτε έναν κόμβο κεφαλής, τουλάχιστον 12 πανομοιότυπους κόμβους δικτύου, έναν διακόπτη Ethernet, μια μονάδα διανομής ισχύος και ένα ράφι. Προσδιορίστε την απαιτούμενη ζήτηση ηλεκτρικής ενέργειας, ψύξης και χώρου. Αποφασίστε επίσης ποια διεύθυνση IP θέλετε για τα ιδιωτικά σας δίκτυα, πώς να ονομάσετε τους κόμβους, ποια πακέτα λογισμικού θέλετε να εγκαταστήσετε και ποια τεχνολογία θα χρησιμοποιηθεί για την εκτέλεση παράλληλου υπολογισμού (περισσότερα σχετικά με αυτό αργότερα).
   • Παρόλο που το υλικό είναι ακριβό, όλα τα προγράμματα που αναφέρονται στον οδηγό είναι δωρεάν και τα περισσότερα είναι ανοιχτού κώδικα.
   • Εάν θέλετε να δείτε πόσο γρήγορα θα ήταν θεωρητικά ο υπερυπολογιστής σας, χρησιμοποιήστε αυτό το εργαλείο: http://hpl-calculator.sourceforge.net/

2. 

   
   
   Δημιουργήστε τους κόμβους. Θα χρειαστεί να προσαρτήσετε τους κόμβους ή να αγοράσετε προεγκατεστημένους διακομιστές.
   • Επιλέξτε πλαίσιο διακομιστή που μεγιστοποιεί το χώρο, την ψύξη και τη χρήση ισχύος.
   • Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε αρκετούς ξεπερασμένους διακομιστές - το συνολικό κόστος των οποίων θα είναι μεγαλύτερο από το άθροισμα των ανταλλακτικών, αλλά θα εξοικονομήσετε πολλά. Όλοι οι επεξεργαστές, οι προσαρμογείς δικτύου και οι μητρικές κάρτες πρέπει να είναι πανομοιότυποι για να λειτουργεί σωστά το σύστημα. Προφανώς, φροντίστε να συμπεριλάβετε RAM και χώρο αποθήκευσης σε κάθε κόμβο και τουλάχιστον μία μονάδα οπτικού δίσκου για τον κόμβο κεφαλής.

3. 

   
   
   Εγκαταστήστε τους διακομιστές στο ράφι. Ξεκινήστε από το κάτω μέρος, έτσι ώστε η κορυφή του να μην είναι πολύ βαρύ. Θα χρειαστείτε βοήθεια από τους φίλους σας για αυτό - πυκνοί διακομιστές μπορεί να είναι πολύ βαρύ και η καθοδήγησή τους κατά μήκος των κομματιών που τους κρατούν είναι δύσκολη.

4. 

   Εγκαταστήστε το διακόπτη Ethernet πάνω από το πλαίσιο του διακομιστή. Αφιερώστε αυτό το χρόνο για να διαμορφώσετε το διακόπτη: ενεργοποιήστε τα μεγέθη πλαισίου jumbo 9000 bytes, ρυθμίστε τις διευθύνσεις IP στη στατική διεύθυνση που καθορίστηκε στο πρώτο βήμα και απενεργοποιήστε τα περιττά πρωτόκολλα δρομολόγησης, όπως το SMTP Snooping.

5. 

   
   
   Εγκαταστήστε τη μονάδα διανομής ισχύος. Ανάλογα με το πόσο ρεύμα θα απαιτούν οι κόμβοι σε πλήρες φορτίο, ενδέχεται να χρειαστείτε 220 βολτ για υπολογιστές υψηλής απόδοσης.

6. 

   Με όλα τα εγκατεστημένα, μπορείτε να ξεκινήσετε τη διαδικασία διαμόρφωσης. Το Linux είναι το ιδανικό λειτουργικό σύστημα για συστάδες HPC - όχι μόνο είναι το ιδανικό περιβάλλον για επιστημονικούς υπολογιστές, είναι επίσης δωρεάν εγκατάσταση σε εκατοντάδες ή και χιλιάδες κόμβους. Φανταστείτε πόσο θα κόστιζε η εγκατάσταση των Windows σε όλους αυτούς τους κόμβους;
   • Ξεκινήστε εγκαθιστώντας την τελευταία έκδοση του μητρικού BIOS και του υλικολογισμικού, τα οποία πρέπει να είναι πανομοιότυπα σε όλους τους κόμβους.
   • Εγκαταστήστε την αγαπημένη σας έκδοση του Linux σε κάθε κόμβο, με μια γραφική διεπαφή στον κύριο κόμβο. Οι δημοφιλείς επιλογές περιλαμβάνουν το CentOS, το OpenSuse, το Scientific Linux, το RedHat και το SLES.
   • Μπορείτε επίσης να χρησιμοποιήσετε το Rocks Cluster Distribution. Εκτός από την εγκατάσταση όλων των απαραίτητων εργαλείων για τη λειτουργία του συμπλέγματος, το Rocks χρησιμοποιεί μια εξαιρετική μέθοδο για τη διανομή πολλαπλών παρουσιών του στους κόμβους πολύ γρήγορα χρησιμοποιώντας μια εκκίνηση PXE και τη διαδικασία «Kick Start» του Red Hat.

7. 

   Εγκαταστήστε τη διεπαφή ανταλλαγής μηνυμάτων, τη διαχείριση πόρων και άλλες απαραίτητες βιβλιοθήκες. Εάν δεν εγκαταστήσατε το Rocks στο προηγούμενο βήμα, θα πρέπει να ρυθμίσετε χειροκίνητα το λογισμικό που απαιτείται για να ενεργοποιήσετε τους παράλληλους υπολογιστικούς μηχανισμούς.
   • Πρώτον, θα χρειαστείτε ένα φορητό σύστημα διαχείρισης μεγάλης κλίμακας, όπως το Torque Resource Manager, το οποίο σας επιτρέπει να διαχωρίζετε και να διανέμετε εργασίες σε πολλά μηχανήματα.
   • Συνδέστε τη ροπή με τον προγραμματιστή Maui Cluster για να ολοκληρώσετε την εγκατάσταση.
   • Στη συνέχεια, θα χρειαστεί να εγκαταστήσετε τη διεπαφή μετάδοσης μηνυμάτων, απαραίτητη για την κοινή χρήση των ίδιων δεδομένων για τις μεμονωμένες διαδικασίες των διαφόρων κόμβων. Το OpenMP είναι εύκολο στη χρήση.
   • Μην ξεχάσετε τις μαθηματικές βιβλιοθήκες πολλαπλών νημάτων για παράλληλα προγράμματα υπολογιστών. Είναι πολύ πιο εύκολο αν εγκαταστήσετε Rocks.

8. 

   Συνδέστε τους κόμβους του υπολογιστή. Ο κόμβος κεφαλής στέλνει τις εργασίες στους κόμβους του υπολογιστή, οι οποίοι στη συνέχεια πρέπει να στείλουν το αποτέλεσμα πίσω, καθώς και να στέλνουν μηνύματα ο ένας στον άλλο. Όσο πιο γρήγορα τόσο το καλύτερο.
   • Χρησιμοποιήστε ένα ιδιωτικό δίκτυο ethernet για να συνδέσετε όλους τους κόμβους του συμπλέγματος.
   • Ο κόμβος κεφαλής μπορεί επίσης να λειτουργήσει ως διακομιστής NFS, PXE, DHCP, TFTP και NTP μέσω του δικτύου Ethernet.
   • Πρέπει να διαχωρίσετε αυτό το δίκτυο από δημόσια δίκτυα, το οποίο διασφαλίζει ότι τα πακέτα μετάδοσης δεν θα παρεμβαίνουν σε άλλα δίκτυα στο LAN σας.

9. 

   Δοκιμάστε το σύμπλεγμα. Το τελευταίο πράγμα που θέλετε να κάνετε πριν απελευθερώσετε όλη αυτή την υπολογιστική ισχύ στους χρήστες σας είναι να ελέγξετε την απόδοσή τους. Το σημείο αναφοράς HPL (High Performance Lynpack) είναι μια δημοφιλής επιλογή για τη μέτρηση της υπολογιστικής ταχύτητας του συμπλέγματος. Θα πρέπει να το μεταγλωττίσετε από την πηγή με όλες τις πιθανές βελτιστοποιήσεις που προσφέρει ο μεταγλωττιστής για την επιλεγμένη αρχιτεκτονική.
   • Προφανώς, πρέπει να μεταγλωττίσετε από την πηγή με όλες τις πιθανές βελτιστοποιήσεις για την πλατφόρμα σας. Για παράδειγμα, όταν χρησιμοποιείτε AMD CPUs, μεταγλώττιση με Open 64 με -0 γρήγορο επίπεδο βελτιστοποίησης.
   • Συγκρίνετε τα αποτελέσματα στο TOP500.org για να συγκρίνετε το σύμπλεγμα σας με τους 500 ταχύτερους υπερυπολογιστές στον κόσμο!

Συμβουλές

• Το IPMI μπορεί να διευκολύνει τη διαχείριση ενός μεγάλου συμπλέγματος, παρέχοντας KVM-over-IP, απομακρυσμένο ρελέ επεξεργασίας και πολλά άλλα.
• Για να επιτύχετε πραγματικά υψηλές ταχύτητες δικτύου, αναζητήστε διεπαφές δικτύου InfiniBand. Ωστόσο, οι τιμές δεν είναι πολύ προσιτές.
• Χρησιμοποιήστε το Ganglia για να παρακολουθείτε το υπολογιστικό φορτίο στους κόμβους.

Προειδοποιήσεις

• Βεβαιωθείτε ότι η υποδομή σας μπορεί να χειριστεί το φορτίο που τους επιβάλλεται.