Jak zbudować tani klaster obliczeniowy
- 23.11.2010
Rozwiązanie bardzo skomplikowanych zadań wymagających dużej ilości obliczeń realizuje się za pomocą klastrów komputerowych. Przedstawiamy najciekawsze rozwiązania, łączące niskie koszty z wysoką wydajnością.
Aby zbudować superkomputer, najczęściej korzysta się z tradycyjnego podejścia, łącząc dużą liczbę szybkich serwerów za pomocą bardzo szybkich łączy, a dane przechowuje się na wydajnych macierzach dyskowych. Rozwiązanie to daje bardzo dobre wyniki, ale jest kosztowne. Niekiedy można skorzystać z alternatywnej drogi do wysokiej mocy obliczeniowej - wykorzystanie dużego klastra tanich komputerów, które przy tym pobierają niewiele energii. W ten sposób można zrealizować klastry obliczeniowe wykorzystywane w astronomii, projektowaniu radarów lub nawet uruchamianiu testów tak szybko, jak na to pozwalają ograniczenia budżetowe.
GPU w astronomii
Anteny radioteleskopu Murchison Widefield Array
Dwa klastry eksploatowane w Murchison Widefield Array wykorzystują 80 jednostek GPU obecnych w kartach Nvidia Tesla S1070, przy czym całość jest zasilana z generatorów dieslowskich mocą zaledwie 40 kW. Wydajność obliczeniowa klastra sięga 2,5 teraflopsa, przepustowość to 3 GB/s. Dane pochodzące z anten radioteleskopu są porządkowane w korelatorze, a następnie dostarczane do klastra, który je przetwarza. Obliczenia obejmują modelowanie za pomocą przekształceń Fouriera, korekcję zniekształceń wprowadzanych przez jonosferę, a także kalibrację instrumentów.
Jak mówi Richard Edgar, badacz w ośrodku Murchison Widefield Array, "standardowe procesory, takie jak Xeon czy Opteron nie dostarczyłyby wymaganej mocy obliczeniowej, mieszcząc się jednocześnie w ograniczeniach związanych z dostępną ilością energii. Zastanawialiśmy się nad oszczędnymi energetycznie procesorami MIPS, ale również okazały się za mało wydajne. Dopiero zastosowanie GPU umożliwiło pogodzenie wysokiej wydajności z ograniczeniami budżetu energetycznego".
Klaster ten nie jest jeszcze ukończony, ale testowe wdrożenie już działa i przetwarza dane. Według Edgara jest to najszybsza maszyna na świecie pod względem stosunku mocy obliczeniowej do pobieranej energii elektrycznej.
PlayStation 3 na usługach wojska
Klaster konsol PlayStation 3 wykorzystywany przez wojsko
Według Richarda Lindermana, głównego naukowca oddziału informacji w Air Force Research Laboratory, laboratorium to "wykorzystuje superkomputery do korekcji zniekształceń wprowadzanych przez atmosferę w czasie rzeczywistym oraz do sprawnego rozpoznawania celu za pomocą algorytmów sztucznej inteligencji w taki sposób, jak zrobiliby to ludzie". Zadania te wymagają bardzo dużej mocy obliczeniowej, przy czym wykorzystanie konsol PlayStation rozważano już kilka lat temu, gdy grupa analizowała koszty superkomputerów. Linderman wspomina, że analizowano maszynę RoadRunner, zbudowaną przez IBM dla Los Alamos kosztem ponad 100 mln USD, i stwierdzono, że sercem tego komputera są procesory Cell, które są także wykorzystywane w konsolach PlayStation 3.
Przenośny ultraoszczędny komputer QuadPlug