Существует технология построения больших компьютеров и суперкомпьютеров на базе кластерных решений. По мнению многих специалистов, на смену отдельным, независимым суперкомпьютерам должны прийти группы высокопроизводительных серверов, объединяемых в кластер.
| ! | Кластер - это связанный набор полноценных компьютеров, используемый в качестве единого вычислительного ресурса. |
Удобство построения кластерных ВС заключается в том, что можно гибко регулировать необходимую производительность системы, подключая к кластеру с помощью специальных аппаратных и программных интерфейсов обычные серийные серверы до тех пор, пока не будет получен суперкомпьютер требуемой мощности. Кластеризация позволяет манипулировать группой серверов как одной системой, упрощая управление и повышая надежность.
Важной особенностью кластеров является обеспечение доступа любого сервера к любому блоку как оперативной, так и дисковой памяти. Эта проблема успешно решается, например, объединением систем SMP-архитектуры на базе автономных серверов для организации общего поля оперативной памяти и использованием дисковых систем RAID для памяти внешней (SMP — Shared Memory multiprocessing, технология мультипроцессирования с разделением памяти).
Для создания кластеров обычно используются либо простые однопроцессорные персональные компьютеры, либо двух- или четырех- процессорные SMP-серверы. При этом не накладывается никаких ограничений на состав и архитектуру узлов. Каждый из узлов может функционировать под управлением своей собственной операционной системы. Чаще всего используются стандартные ОС: Linux, FreeBSD, Solaris, Unix, Windows NT. В тех случаях, когда узлы кластера неоднородны, то говорят о гетерогенных кластерах.
При создании кластеров можно выделить два подхода. Первый подход применяется при создании небольших кластерных систем. В кластер объединяются полнофункциональные компьютеры, которые продолжают работать и как самостоятельные единицы, например, компьютеры учебного класса или рабочие станции лаборатории. Второй подход применяется в тех случаях, когда целенаправленно создается мощный вычислительный ресурс. Тогда системные блоки компьютеров компактно размещаются в специальных стойках, а для управления системой и для запуска задач выделяется один или несколько полнофункциональных компьютеров, называемых хост-компьютерами. В этом случае нет необходимости снабжать компьютеры вычислительных узлов графическими картами, мониторами, дисковыми накопителями и другим периферийным оборудованием, что значительно удешевляет стоимость системы.
Основные достоинства кластерных суперкомпьютерных систем:
· высокая суммарная производительность;
· высокая надежность работы системы;
· наилучшее соотношение производительность/стоимость;
· возможность динамического перераспределения нагрузок между серверами;
· легкая масштабируемость, то есть наращивание вычислительной мощности путем подключения дополнительных серверов;
· удобство управления и контроля работы системы.
Наряду с достоинствами, как и у любой технологии, у кластеризации имеются свои недостатки:
· задержки разработки и принятия общих стандартов;
· большая доля нестандартных и закрытых разработок различных фирм, затрудняющих их совместное использование;
· трудности управления одновременным доступом к файлам;
· сложности с управлением конфигурацией, настройкой, развертыванием, оповещениями серверов о сбоях и т.п.
Практически это можно использовать так:
1 пример из «жизни» систем
Компания ASUSTeK распространила информацию о двух новых Barebone системах T2-P и T2-R. Обе системы имеют одинаковые размеры 190x310x300мм, а также процессор - Intel Socket 478 Northwood/Prescott до P4 3.4+ GHz. Другие характеристики несколько отличаются, приведем их последовательно для каждой системы:
· память: T2-P: PC1600/PC2100/PC2700/PC3200, до 2Гб, 2 DIMM слота
· память:T2-R: PC1600/PC2100/PC2700, до 2Гб, 2 DIMM слота;
· материнская плата: P4P8T, Intel 865G / ICH 5, 800/533/400МГц FSB
· материнская плата: P4R8T, ATI RS300/IXP200, 800/533/400MГц FSB;
· видео: интегрированная 64Mб
· ATI Radeon 9100, DVI, 64Mб;
· слоты: одинаковы для обеих систем: PCI, AGP 8x;
· сеть: 10/100Mбит/с, Wireless 802.11b WiFi
· сеть: 10/100Мбит/с;
· аудио: 6-канальный AC97 S/PDIF выход кнопки Audio DJ, Audio CD, FM radio studio
· аудио: 6-канальный AC97 S/PDIF выход;
· карты памяти: Compact Flash Type I/II, Microdrive, Memory Stick, Memory Stick Pro, Secure Digital, MultiMedia Card, Smart Media Card
· карты памяти: нет;
· отсеки для приводов: 3.5 FDD, 3.5 HDD, 5.25 ODD
· отсеки для приводов: 3.5 FDD, 3.5 HDD, 5.25 ODD;
· выходы на задней панели: 4xUSB 2.0, PS/2 клавиатура, PS/2 мышь, VGA (D-SUB), Game / MIDI, RJ-45 LAN (10/100 Мбит/с), Line-in/out, выход динамиков, FM антенна, антенна адаптера 802.11b, GIGA LAN, ТВ-тюнер
· выходы на задней панели: 2xUSB 2.0, PS/2 клавиатура, PS/2 мышь, VGA (D-SUB), Game / MIDI, RJ-45 LAN(10/100 Мбит/с), Line-in/out, выход наушников, FM антенна
2 пример из «жизни» суперкомпьютеров
Корпорация IBM представила прототип суперкомпьютера Blue Gene. Окончание же всех работ над ним и его официальный выпуск запланированы на середину 2005 года.
Blue Gene будет установлен в Ливерморскую национальную лабораторию им. Лоуренса. Основные его задачи - моделирование погодных условий и изучение космического пространства.
Blue Gene будет состоять из 130 тысяч процессоров, и его производительность будет составлять 360 терафлопс.
3 пример из «жизни» суперкомпьютеров
Список Top500 (http://www.top500.org/) - это список из 500 самых мощных суперкомпьютеров, составляемый учеными университета Мангейма, университета штата Теннесси и Национальной лаборатории Лоуренса в Беркли. Он публикуется дважды в год накануне конференции по суперкомпьютерам и позволяет следить за ростом вычислительной мощности мировой компьютерной элиты.
Так вот, в опубликованный в это воскресенье список вошли две новых машины: IBM PowerPC 970 и Opteron от AMD.
Чипы IBM используются в системе, неформально называемой Big Mac. PowerPC 970 состоит из 1100 двухпроцессорных компьютеров Apple G5, занимая в общем списке третью строчку, с производительностью в 10,3 триллионов операций в секунду.
Процессоры Opteron используются в 2816-процессорном кластере, и его производительность составляет 8 триллионов операций в секунду.
Интересен факт, что общая производительность 500 лучших систем растет экспоненциально, увеличиваясь в десять раз примерно каждые четыре года. Порог в 1000 терафлопов (триллионов операций в секунду) планируется достигнуть к 2005 году.
Самые прочные позиции в списке у HP или IBM: соотношение числа систем - 165 против 159 в пользу HP.
4 пример из «жизни» вычислительных систем
Компании Price Waterhouse (http://www.pw.com/), Oracle (http://www.oracle.com) и Sun (http://www.sun.com) разработали полностью интегрированную вычислительную систему для телекоммуникационного бизнеса. Система, получившая название Compas, включает системное программное обеспечение Oracle, аппаратную платформу Sun и прикладное программное обеспечение Price Waterhouse для учета и генерирования счетов