เนื้อหา

• ขั้นตอน
• เคล็ดลับ
• คำเตือน

กำลังมองหาเครื่องจักรที่สามารถคำนวณจุดลอยตัวได้หลายร้อยล้านล้านต่อวินาทีหรือไม่? หรือคุณแค่อยากคุยโม้กับเพื่อน ๆ เกี่ยวกับซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ติดตั้งอยู่ในห้องของคุณ? การสร้างคลัสเตอร์คอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูงหรือซูเปอร์คอมพิวเตอร์เป็นความท้าทายที่ผู้ที่ชื่นชอบวันหยุดสุดสัปดาห์ฟรีและเงินที่เหลือสามารถพยายามทำให้สำเร็จได้ ในทางเทคนิคซูเปอร์คอมพิวเตอร์มัลติโปรเซสเซอร์เป็นเครือข่ายคอมพิวเตอร์ที่ทำงานร่วมกันเพื่อแก้ปัญหา บทความนี้จะอธิบายสั้น ๆ ในแต่ละขั้นตอนโดยเน้นที่ฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์

ขั้นตอน

1. 

   กำหนดส่วนประกอบฮาร์ดแวร์และทรัพยากรที่จำเป็นก่อน คุณจะต้องมีโหนดส่วนหัวโหนดเครือข่ายที่เหมือนกันอย่างน้อย 12 โหนดสวิตช์อีเทอร์เน็ตหน่วยจ่ายไฟและชั้นวาง กำหนดความต้องการไฟฟ้าความเย็นและพื้นที่ที่ต้องการ เลือกที่อยู่ IP ที่คุณต้องการสำหรับเครือข่ายส่วนตัวของคุณวิธีตั้งชื่อโหนดแพ็คเกจซอฟต์แวร์ที่คุณต้องการติดตั้งและเทคโนโลยีใดที่จะใช้ในการประมวลผลแบบขนาน (เพิ่มเติมในภายหลัง)
   • แม้ว่าฮาร์ดแวร์จะมีราคาแพง แต่โปรแกรมทั้งหมดที่ระบุไว้ในคู่มือนั้นฟรีและส่วนใหญ่เป็นโอเพ่นซอร์ส
   • หากคุณต้องการดูว่าในทางทฤษฎีซูเปอร์คอมพิวเตอร์ของคุณจะเร็วแค่ไหนให้ใช้เครื่องมือนี้: http://hpl-calculator.sourceforge.net/

2. 

   
   
   สร้างโหนด คุณจะต้องติดตั้งโหนดหรือซื้อเซิร์ฟเวอร์ที่ประกอบไว้ล่วงหน้า
   • เลือกแชสซีเซิร์ฟเวอร์ที่เพิ่มพื้นที่ระบายความร้อนและการใช้พลังงาน
   • คุณยังสามารถใช้เซิร์ฟเวอร์ที่ล้าสมัยได้หลายตัวซึ่งค่าใช้จ่ายทั้งหมดจะมากกว่าผลรวมของชิ้นส่วน แต่คุณจะยังประหยัดได้มาก โปรเซสเซอร์เครือข่ายอะแดปเตอร์และเมนบอร์ดทั้งหมดจะต้องเหมือนกันเพื่อให้ระบบทำงานได้ดี แน่นอนว่าต้องใส่ RAM และที่เก็บข้อมูลในแต่ละโหนดและออปติคัลไดรฟ์อย่างน้อยหนึ่งตัวสำหรับโหนดส่วนหัว

3. 

   
   
   ติดตั้งเซิร์ฟเวอร์ในชั้นวาง เริ่มจากด้านล่างเพื่อไม่ให้ด้านบนหนักเกินไป คุณจะต้องได้รับความช่วยเหลือจากเพื่อนของคุณสำหรับสิ่งนี้เซิร์ฟเวอร์ที่หนาแน่นอาจมีน้ำหนักมากและการแนะนำพวกเขาไปตามเส้นทางที่ยึดไว้นั้นเป็นเรื่องยาก

4. 

   ติดตั้งสวิตช์อีเทอร์เน็ตเหนือแชสซีเซิร์ฟเวอร์ ใช้เวลาในการกำหนดค่าสวิตช์นี้: เปิดใช้งานขนาดเฟรมจัมโบ้ 9000 ไบต์ตั้งค่าที่อยู่ IP เป็นที่อยู่แบบคงที่ที่กำหนดในขั้นตอนแรกและปิดใช้งานโปรโตคอลการกำหนดเส้นทางที่ไม่จำเป็นเช่น SMTP Snooping

5. 

   
   
   ติดตั้งชุดจ่ายไฟ คุณอาจต้องใช้ 220 โวลต์สำหรับการประมวลผลประสิทธิภาพสูงทั้งนี้ขึ้นอยู่กับจำนวนกระแสที่ต้องการในการโหลดเต็ม

6. 

   เมื่อติดตั้งทุกอย่างแล้วคุณสามารถเริ่มกระบวนการกำหนดค่าได้ Linux เป็นระบบปฏิบัติการที่เหมาะสำหรับคลัสเตอร์ HPC - ไม่เพียง แต่เป็นสภาพแวดล้อมที่เหมาะสำหรับการประมวลผลทางวิทยาศาสตร์เท่านั้น แต่ยังติดตั้งบนโหนดได้หลายร้อยหรือหลายพันโหนดอีกด้วย ลองนึกดูว่าการติดตั้ง Windows บนโหนดทั้งหมดนี้มีค่าใช้จ่ายเท่าไร?
   • เริ่มต้นด้วยการติดตั้ง BIOS และเฟิร์มแวร์ของเมนบอร์ดเวอร์ชันล่าสุดซึ่งจะต้องเหมือนกันในทุกโหนด
   • ติดตั้ง Linux เวอร์ชันที่คุณชื่นชอบบนแต่ละโหนดโดยมีอินเทอร์เฟซแบบกราฟิกบนโหนดส่วนหัว ตัวเลือกยอดนิยม ได้แก่ CentOS, OpenSuse, Scientific Linux, RedHat และ SLES
   • คุณยังสามารถใช้ Rocks Cluster Distribution นอกเหนือจากการติดตั้งเครื่องมือทั้งหมดที่จำเป็นเพื่อให้คลัสเตอร์ทำงานแล้ว Rocks ยังใช้วิธีการที่ยอดเยี่ยมในการกระจายอินสแตนซ์หลาย ๆ ตัวไปยังโหนดอย่างรวดเร็วโดยใช้การบูต PXE และขั้นตอน 'Kick Start' ของ Red Hat

7. 

   ติดตั้งอินเทอร์เฟซการส่งข้อความการจัดการทรัพยากรและไลบรารีที่จำเป็นอื่น ๆ หากคุณไม่ได้ติดตั้ง Rocks ในขั้นตอนก่อนหน้านี้คุณจะต้องกำหนดค่าซอฟต์แวร์ที่จำเป็นด้วยตนเองเพื่อเปิดใช้งานกลไกการประมวลผลแบบขนาน
   • ขั้นแรกคุณจะต้องมีระบบการจัดการขนาดใหญ่แบบพกพาเช่น Torque Resource Manager ซึ่งช่วยให้คุณสามารถแยกและแจกจ่ายงานในหลาย ๆ เครื่องได้
   • จับคู่ Torque กับ Maui Cluster Scheduler เพื่อทำการติดตั้งให้เสร็จสิ้น
   • ถัดไปคุณจะต้องติดตั้งอินเทอร์เฟซการส่งข้อความซึ่งจำเป็นสำหรับแต่ละกระบวนการของโหนดต่างๆเพื่อแบ่งปันข้อมูลเดียวกัน OpenMP ใช้งานง่าย
   • อย่าลืมไลบรารีทางคณิตศาสตร์แบบมัลติเธรดสำหรับโปรแกรมคอมพิวเตอร์คู่ขนาน มันง่ายกว่ามากถ้าคุณติดตั้ง Rocks

8. 

   เชื่อมต่อโหนดคอมพิวเตอร์ โหนดหัวจะส่งงานไปยังโหนดของคอมพิวเตอร์ซึ่งจะต้องส่งผลลัพธ์กลับไปรวมทั้งส่งข้อความถึงกัน ยิ่งเร็วยิ่งดี
   • ใช้เครือข่ายอีเธอร์เน็ตส่วนตัวเพื่อเชื่อมต่อโหนดทั้งหมดในคลัสเตอร์
   • โหนดหัวยังสามารถทำหน้าที่เป็นเซิร์ฟเวอร์ NFS, PXE, DHCP, TFTP และ NTP ผ่านเครือข่ายอีเธอร์เน็ต
   • คุณต้องแยกเครือข่ายนี้ออกจากเครือข่ายสาธารณะซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่าแพ็กเก็ตการส่งจะไม่รบกวนเครือข่ายอื่นบน LAN ของคุณ

9. 

   ทดสอบคลัสเตอร์ สิ่งสุดท้ายที่คุณต้องทำก่อนปล่อยพลังประมวลผลทั้งหมดให้กับผู้ใช้ของคุณคือการทดสอบประสิทธิภาพของพวกเขา HPL (High Performance Lynpack) เป็นตัวเลือกยอดนิยมสำหรับการวัดความเร็วในการคำนวณของคลัสเตอร์ คุณจะต้องคอมไพล์จากแหล่งที่มาพร้อมกับการเพิ่มประสิทธิภาพที่เป็นไปได้ทั้งหมดที่คอมไพเลอร์นำเสนอสำหรับสถาปัตยกรรมที่เลือก
   • เห็นได้ชัดว่าคุณต้องรวบรวมจากแหล่งที่มาพร้อมกับการเพิ่มประสิทธิภาพที่เป็นไปได้ทั้งหมดสำหรับแพลตฟอร์มของคุณ ตัวอย่างเช่นเมื่อใช้ซีพียู AMD ให้คอมไพล์ด้วย Open 64 ที่มีระดับการปรับให้เหมาะสม -0fast
   • เปรียบเทียบผลลัพธ์บน TOP500.org เพื่อเปรียบเทียบคลัสเตอร์ของคุณกับซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่เร็วที่สุดในโลก 500 เครื่อง!

เคล็ดลับ

• IPMI สามารถทำให้การจัดการคลัสเตอร์ขนาดใหญ่เป็นเรื่องง่ายโดยมี KVM-over-IP รีเลย์การประมวลผลระยะไกลและอื่น ๆ
• เพื่อให้ได้ความเร็วเครือข่ายที่สูงมากให้มองหาอินเทอร์เฟซเครือข่าย InfiniBand ราคาไม่แพงมากอย่างไรก็ตาม
• ใช้ Ganglia เพื่อตรวจสอบภาระการคำนวณบนโหนด

คำเตือน

• ตรวจสอบให้แน่ใจว่าโครงสร้างพื้นฐานของคุณสามารถรองรับภาระที่กำหนดไว้ได้