Кластеры распределения нагрузки
Принцип их действия строится на распределении запросов через один или несколько входных узлов, которые перенаправляют их на обработку в остальные, вычислительные узлы. Первоначальная цель такого кластера — производительность, однако, в них часто используются также и методы, повышающие надежность. Подобные конструкции называются серверными фермами. Программное обеспечение (ПО) может быть как коммерческим (Platform LSF HPC, Sun Grid Engine, Moab Cluster Suite, Maui Cluster Scheduler), так и бесплатным (Linux Virtual Server).
Кластеры повышенной производительности HPC (High performance cluster)
Позволяют увеличить скорость расчетов, разбивая задание на параллельно выполняющиеся потоки. Используются в научных исследованиях. Одна из типичных конфигураций — набор серверов с установленной на них операционной системой Linux, такую схему принято называть кластером Beowulf. Для HPC создается специальное ПО, способное эффективно распараллеливать задачу.
Системы распределенных вычислений (grid)
Такие системы не принято считать кластерами, но их принципы в значительной степени сходны с кластерной технологией. Их также называют grid-системами. Главное отличие — низкая доступность каждого узла, т.е. невозможность гарантировать его работу в заданный момент времени (узлы подключаются и отключаются в процессе работы), поэтому задача должна быть разбита на ряд независимых друг от друга процессов. Такая система, в отличие от кластеров, не похожа на единый компьютер, а служит упрощенным средством распараллеливания вычислений.
Самые производительные
Дважды в год организацией TOP500 публикуется список 500 самых производительных вычислительных систем в мире, среди которых всегда оказываются и кластеры. Самым быстрым является, однако, не кластер, а суперкомпьютер BlueGene/L (Рочестер, шт. Миннесота, США, создан в 2004), построенный для нужд Министерства энергетики США.
Кластерные системы занимают достойное место в списке самых быстрых, при этом значительно выигрывая у суперкомпьютеров в цене.
Сравнительно дешевую альтернативу суперкомпьютерам представляют кластеры, основанные на концепции Beowulf, которые строятся из обыкновенных недорогих компьютеров на основе бесплатного программного обеспечения. Один из практических примеров такой системы — Stone Soupercomputer (Оак Ридж, шт. Теннесси, США, 1997).
Программные средства
В мире GNU/Linux популярны несколько программ:
distcc, MPICH и др. - специализированные средства для распараллеливания работы программ.
Linux Virtual Server, Linux-HA - узловое ПО для распределения запросов между серверами.
MOSIX, openMosix, Kerrighed, OpenSSI - полнофункциональные кластерные среды, встроенные в ядро, автоматически распараллеливающие задачи между однородными узлами. OpenSSI, openMosix и Kerrighed создают среду единой операционной системы между узлами.
Компанией Microsoft выпускается HA-кластер для ОС Windows. Он создан на основе технологии, выкупленной у Digital Equipment Corporation, поддерживает кластеры, а также работу в сети SAN. Последняя доступная версия Windows 2004 Server поддерживает кластер до 32 ПК.
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.
Теперь примеры лучших суперкомпьютеров мира.
Суперкомпьютеры 12 ноября 2007 г. была опубликована 30-я редакция списка 500 наиболее мощных компьютеров мира Top500.
В первой десятке списка оказалось пять новых систем и одна система с существенно увеличенной производительностью.
Первое место по-прежнему занимает суперкомпьютер IBM BlueGene/L, но его производительность выросла за полгода с 280.6 TFlop/s до 478.2 TFlop/s, 212992 процессора.
На втором месте - суперкомпьютер IBM BlueGene/P, в Германии, с производительностью 167.3 TFlop/s, 65536 процессоров.
На третье место вышла система SGI Altix, установленная в новом центре New Mexico Computing Applications Center (США), с производительностью 126.9 TFlop/s, 14336пр-ов.
Впервые в первую десятку списка попал суперкомпьютер, установленный в Индии - на 4-ом месте Hewlett-Packard Cluster Platform 3000 BL460c с производительностью на Linpack 117.9 TFlop/s, 14240 процессоров.
На 5-ом месте также суперкомпьютер Hewlett-Packard Cluster Platform 3000 BL460c, установленный в Government Agency (Швеция), с производительностью 102.8 TFlop/s.
Суммарная производительность систем выросла за полгода с 4.92 до 6.97 PFlop/s.
Количество кластерных систем растет до 406 против 373 систем в июне. Из коммуникационных технологий наиболее популярными Gigabit Ethernet - 270 систем (207).
Количество систем в списке на процессорах Intel, увеличилось с 289 до 354. Процессоры AMD Opteron используются в 78 системах (в июне - 105). Процессоры IBM Power используются в 61 системе (85). Быстро увеличивается количество систем, построенных на четырёхъядерных процессорах Intel Clovertown - с 19 в июне до 102 систем в данной редакции списка.
По географии: США - 284 системы (281 ранее), Европа - 149 систем против 127 полгода назад, а Азия уменьшает своё присутствие - с 72 до 58 систем.
Россия представлена 7 системами, что максимально за время существования Top500.
На рекордном для России 33-ем месте оказался суперкомпьютер Hewlett-Packard Cluster Platform 3000 BL460c, установленный в Межведомственном суперкомпьютерном центре РАН, с производительностью 33.885 TFlop/s с 3760 процессорами.
