logo
Презентации по лекциям 1- 13

Кластеры

Кластер – группа компьютеров, объединенных в локальную вычислительную сеть (ЛВС) и способных работать в качестве единого вычислительного ресурса.

Предполагает более высокую надежность и эффективность, нежели ЛВС, и существенно более низкую стоимость в сравнении с другими типами параллельных вычислительных систем (за счет использования типовых аппаратных и программных решений).

Вычислительные кластеры позволяют уменьшить время расчетов, по сравнению с одиночным компьютером, разбивая задание на параллельно выполняющиеся ветки, которые обмениваются данными по связывающей сети.

Первым в мире кластером, по-видимому, является кластер Beowulf, созданный под руководством Томаса Стерлинга и Дона Бекера в научно-космическом центре NASA – Goddard Space Flight Center – летом 1994 года. Названный в честь героя скандинавской саги, обладавшего, по преданию, силой тридцати человек, кластер состоял из 16 компьютеров на базе процессоров 486DX4 с тактовой частотой 100 MHz. Каждый узел имел 16 Mb оперативной памяти.

Связь узлов обеспечивалась тремя параллельно работавшими 10 Mbit/s сетевыми адаптерами. Кластер функционировал под управлением операционной системы Linux и поддерживал параллельные программы на основе MPI. Процессоры узлов кластера были слишком быстрыми по сравнению с пропускной способностью обычной сети Ethernet, поэтому для балансировки системы Дон Бекер переписал драйверы Ethernet под Linux для создания дублированных каналов и распределения сетевого трафика.

Идея "собери суперкомпьютер своими руками" быстро пришлась по вкусу, в первую очередь академическому сообществу. Использование типовых массово выпускающихся компонентов, как аппаратных, так и программных, вело к значительному уменьшению стоимости разработки и внедрения системы.

Вместе с тем производительность получающегося вычислительного комплекса была вполне достаточной для решения существенного количества задач, требовавших большого объема вычислений. Системы класса "кластер Beowulf" стали появляться по всему миру.

Кластеры:

В настоящее время под кластером типа “Beowulf” понимается вычислительная система, состоящая из одного серверного узла и одного или более клиентских узлов, соединенных при помощи сети Ethernet или некоторой другой сети передачи данных. Это система, построенная из готовых серийно выпускающихся промышленных компонент, на которых может работать ОС Linux/Windows, стандартных адаптеров Ethernet и коммутаторов.

В 1998 в Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) под руководством астрофизика Майкла Уоррена была создана система Avalon со следующими характеристиками: 68 процессоров (позднее расширен до 140) Alpha 21164A с тактовой частотой 533 MHz; 256 Mb RAM, 3 Gb HDD, Fast Ethernet card на каждом узле; операционная система Linux; пиковая производительность в 149 GFlops, производительность на тесте LINPACK 48.6 GFlops.

2000, Корнельский университет (США), результат совместной работы университета и Advanced Cluster Computing Consortium, образованного компаниями Dell, Intel, Microsoft, Giganet:

2000, Национальный центр суперкомпьютерных технологий (National Center for Supercomputing Applications):

2004, Ливерморская Национальная Лаборатория (США):

2007, Модернизация в рамках Инновационной образовательной программы ННГУ:

Состоит из 40 узлов, 26 из которых установлены в обычном компьютерном классе и имеют следующую конфигурацию:

В основе кластера лежит архитектура CoPC (Cluster of PCs), что позволяет использовать его как для обучения студентов, так и для проведения вычислений в свободное от занятий время.

Blade-сервер

Оставшиеся 14 узлов кластера представляют собой массив blade-серверов следующей конфигурации:

Пиковая производительность кластера составляет 1,6 TFlops, производительность на тесте Linpack достигает 871,5 GFlops. Это позволило кластеру занять 43-е место в 9-й редакции списка ТОП50 суперкомпьютеров России и СНГ.