Jak zbudować tani klaster obliczeniowy
-
- 23.11.2010
Dużo malutkich komputerków
W tradycyjnym superkomputerze pracuje w tym samym czasie wiele zadań, wykorzystując szybką współdzieloną pamięć - co wymaga bardzo szybkiej magistrali sieciowej oraz wydajnych urządzeń storage. Niekiedy jednak spotyka się zadania, które nie stawiają tak wysokich wymagań odnośnie sieci czy storage’u - na przykład przeprowadzanie testów sieciowych. W MIT opracowano klaster komputerów o bardzo małym zapotrzebowaniu na energię elektryczną, połączonych siecią bezprzewodową. Komputery te nie mają żadnych dodatkowych podzespołów, wykorzystują platformy, takie jak QuadPlug firmy QuadAxis czy SheevaPlug lub GuruPlug firmy Marvell Technology Group. Cały klaster pobiera zaledwie około 100 W.
Ponieważ najważniejszym wąskim gardłem jest pamięć oraz ograniczenia związane z siecią (pasmo i opóźnienia), zadania są dzielone na wiele oddzielnych rdzeni, przy czym wykorzystuje się wielościeżkowe połączenia. Dzięki tej technice, wymagającej mniejszej ilości punktów dostępu, można osiągnąć maksymalną wydajność z każdego rdzenia. Wykorzystywanie komputerów o ultraniskim poborze mocy jest kompromisem między wydajnością i sprawnością energetyczną, ale umożliwia budowę wielu osobnych klastrów przeznaczonych do rozwiązywania konkretnego zadania za pomocą tanich komputerów. Koszt całego przedsięwzięcia jest znacznie niższy niż budowa dużego klastra w tradycyjnej technologii. Z kolei ograniczenia wykluczają tradycyjną pracę równoległą przy bardzo złożonych pojedynczych zadaniach, gdyż komputery te nie posiadają współdzielonej pamięci, ponadto mają zbyt małe zasoby lokalne. Jednak komputery o tak niskim poborze mocy okazują się bardzo sprawne przy prostych zadaniach, ponadto są używane także do udostępniania połączeń internetowych sieci bezprzewodowej, wykorzystując przy tym zasilanie energią słoneczną.
Bezdyskowy klaster maszyn wirtualnych
Klaster połączony przez Wi-Fi, zasilany energią słoneczną
Sieć rozwijana w tym projekcie posłuży do badań nad strukturami sieci, w tym do modelowania infekcji złośliwym oprogramowaniem, rozwoju Internetu oraz opracowania systemów operacyjnych oraz narzędzi ochrony danych nowej generacji. Ostatecznie w ten sposób będzie można zasymulować działanie sieci komputerowej całego kraju, by wirtualizować i monitorować cyberatak. Model taki będzie mógł posłużyć przy analizie bezpieczeństwa oraz planowaniu obrony przed atakami o dużej skali, co jest cechą charakterystyczną niektórych podziemnych działań, takich jak ataki odmowy obsługi, wykonywanych z użyciem botnetów.
Pilne problemy, takie jak: modelownie zmian klimatu, opracowywanie nowych leków oraz badania nad sprawniejszą produkcją energii, mogą być bardzo usprawnione przy pomocy wirtualizacji. Hostując różne systemy wewnątrz maszyn wirtualnych na pojedynczej platformie, można skoncentrować się na systemach operacyjnych dostosowanych do potrzeb aplikacji. Dzięki tej technologii będzie możliwe wdrożenie systemów na wielką skalę, i tworzenie przy tym elastycznych struktur obliczeniowych.
Z drugiej strony rozwój systemów klastrowych prowadzi także do powstania niewielkich środowisk, które można szybko utworzyć z niedrogich komputerów o niedużym poborze mocy. Aby wykonać obliczenia związane z niewielkim projektem, niekoniecznie trzeba będzie zapisywać zadania z tygodniowym wyprzedzeniem do kolejki na superkomputerze zajmującym całe piętro budynku, ale naukowcy będą mogli łatwo sami zbudować nieduży klaster z powszechnie dostępnych i tanich komputerów.
