32 Сурет. Есептеу кластерінің жалпы схемасы
Кластерлерді жобалауда творчество үшін кеңістік өте кең екені түсінікті. Тораптарда жергілікті дискілер болмауы, коммуникациялық ортаның бірмезгілде әртүрлі желілік технологияларды пайдалана алу мүмкіндігі, тораптардың бәрі бірдей болуының міндетті еместігі және т.с.с. Шеткі нүктелерді қарастыра отырып, кластер ретінде жергілікті 10-мегабиттік Ethernet желісімен байланысқан дербес компьютерлер жұбын, бірнеше мыңдаған жұмыс станциялары біріктірілген жоғары жылдамдықты желілерді де есептеуге болады.
Кластерлік жүйелер
Алғашқы жобалардың бірі, параллель жүйелердің тұтас бір класына атау берген - Beowulf кластері болды. Ол NASA Goddard Space Flight Center (GSFC) орталығында дүниеге келді. Beowulf жобасы 1994 жылдың жазында басталып, көп ұзамай Intel 486DX4/100 МГц процессорларының базасында 16-процессорлы кластер құрастырылды. Оның әрбір торабына (түйінде) кәдімгі Ethernet желісі үшін 16 Мбайт жедел жады және 3 желілік картадан орнатылған. Бұндай конфигурациялармен жұмыс істеу үшін қолжетімді желілік карталар арасында тарифтерді бөлетін арнайы драйверлер құрастырылды.
Кейінірек GSFС орталығында theHIVE – Highly-parallel Integrated Virtual Environment кластері құрастырылды. Бұл кластер 332 процессорды және екі бөлінген хост-компьютерді біріктірген төрт ішкі кластерлерден (подкластер) Е, В, G және DL тұрады, және кластердің барлық тораптары Red Hat Linux басқаруымен жұмыс істейді.
1998ж Лос-Аламос ұлттық зертханасында астрофизик М.Уорен және теориялық астрофизика бөлімінің бір топ ғалымдары Alpha 21164A процессорлары базасында тактілік жиілігі 533 МГц Avalon Linux-кластерін құрды. Алғашқыда Avalon 68 процессордан тұрды, одан кейін процессорлар саны 140 дейін көбейтілді. Әр түйінде 256 Мбайт жедел жады, 3 Гбайт қаты диск және Fast Ethernet желілік адаптер орнатылды. Avalon жобасының жалпы құны 313 мың долларды құрады. LINPACK тестінде көрсеткен өнімділігі – 47,7 Гфлопс, Тор500 тізімінің 12-ші редакциясында оған 114 орынды иеленуге мүмкіндік берді. Осы, яғни 1998 жылы жоғары өнімді есептеулер облысы бойынша өткен Supercоmputing’98 конференциясында Avalon-ды құрастырушылар «Avalon» деген тақырыпта доклад ұсынды және ол «ең үздік баға/өнімділік ара-қатынасы» номинациясы бойынша бірінші премияны иеленді.
2000 ж. Корнельский университетінде биомедициналық зерттеулер жүргізу үшін Velocity+ кластері орнатылды. Ол әрқайсысы төрт Intel Pentium III процессорынан тұратын 64 тораптан құралды. Тораптар Windows 2000 операциялық жүйесі басқаруымен жұмыс істейді және cLAN желісімен біріктірілген.
Lots of Boxes on Shelfes жобасы АҚШ-ң ұлтық денсаулық институтында 1997 жылы іске асырылды. Онда коммуникациялық орта ретінде Gigabit Ethernet технологиясы қолданылады. Алғашында бұл кластер екі Pentium Pro/200 МГц процессорлы, 47 тораптан, 128 Мбайт жедел жадысынан және әр торапта 1,2 Гбайт дискіден тұрды. 1998 жылы жобаның келесі этапы – LoBoS2 іске асырылды. Онда тораптар кластерге біріктірілуі сақталған дәстүрлі столға қойылатын компьютерлерге өзгертілді. Қазір LoBoS2 әрбірі екі Pentium II/450 МГц процессордан, 256 Мбайт жедел және 9 Гбайт дискілік жадыдан құралған 100 есептеу торабынан тұрады. Кластерге, жалпы көлемі 1,2 Тбайт RAID-массивімен 4 басқарушы компьютер қосымша қосылған.
2000 жылы құрастырылған KLAT2 (Kentucky Linux Athlon Testbed 2) кластері әрбірінде AMD Athlon/700 МГц процессоры, және 128 Мбайт жедел жадысы бар 64 дискісіз тораптардан тұрады. Бағдарламалық қамтама, компиляторлар және математикалық кітапханалары (SCALAPACK6 BLACS және ATLAS) AMD процессорларының 3D-Now! технологиясын тиімді пайдалану үшін түзетіліп істеп бітірілген. Бұл жұмыс жүйенің өнімділігін айтарлықтай арттыруға мұмкіндік берді. Әрбір торапта төрт желілік адаптер Fast Ethernet орнатылған, ал тораптар тоғыз 32-порттық коммутаторлар көмегімен жалғастырылған. Сонымен қатар, кезкелген екі торап үшін коммутаторлардың бірі арқылы әрқашанда тікелей жалғасу бар, бірақ мүнда барлық тораптарды бірыңғай (дара) коммутатор арқылы жалғастырудың қажеттілігі жоқ. AMD архитектурасына және FNN топологиясына бағдарламалық қамтаманы тиімділеу арқасында LINPACK тестінде баға/өнімділік қатынасының рекордты көрсеткішін алуға қол жеткізілді – 650 доллар/1 гфлопс.
Кластерді бөлімдерге бөлу идеясы Аргондық Ұлттық зертханада дайындалған Chiba City жобасында жүзеге асырылды. Мұнда басты бөлім 256 есептеу тораптарын қамтиды, олардың әрбірінде екі Pentium III/500 МГц процессор, 512 Мбайт жедел және көлемі 9 Гбайт жергілікті жады орнатылған. Жүйеге есептеу бөлімінен басқа: шолу бөлімі (Мatrox Millenium G400 графикалық карталарымен 32 IBM Intellistation, 512 Мбайт жедел жады және 300 Гбайт диск), деректерді сақтау бөлімі (Xeon/500 процесорларымен және 300 Гбайт дискімен 8 сервер IBM Netfinity 7000) және басқарушы бөлім (12 компьютер IBM Netfinity 500). Олардың бәрі параллель қолданбаларға қолдау көрсету үшін пайдаланылатын Myrinet желісімен біріктірілген. Басқарушы және қызметтік мақсаттар үшін Gigabit Ethernet және Fast Ethernet желілері пайдаланылады. Барлық бөлімдер 32 компьютерден тұратын «қалаларға» (towns) бөлінеді. Олардың әрқайсысының өзінің «мэрі» бар, ол өзінің «қаласына» жергілікті қызмет атқарады және қызметтік желіге жүктемені азайтып, жергілікті ресурстарға жылдам қатынасты қамтамасыз етеді.
Россияның бас қаласы Москваның мекемеаралық суперкомпьютерлік орталығында орнатылған МВС-1000М суперкомпьютерін де кластер қатарына жатқызуға болады. Компьютер әрқайсысы 64 екіпроцессорлық модульдерді қамтитын алты базалық блоктардан тұрады (33 сурет). Әрбір модульдің құрамына екі процессор Alpha 21264/667 МГц (екінші деңгейлі кэш-жады 4 Мбайт), модуль процессорларымен бөлінген 2 Гбайт жедел жады, қатқыл диск кіреді. Жүйедегі процессорлардың жалпы саны – 768, ал МВС-1000М суперкомпьютерінің шектік өнімділігі 1 Тфлопс-тан асады.
МВС-1000М суперкомпьютерінің барлық модульдері екі тәуелсіз желілермен байланысқан. Пайдаланушылар бағдарламаларында Myrinet 2000 желісі есептеу барысында деректермен алмасу үшін пайдаланылады. MPI пайдаланғанда желі каналдарының өткізу қабілеті 110-170 Мбайт/сек мәндеріне жетеді. Операциялық жүйе сервистік функцияларды орындау үшін Fast Ethernet желісін пайдаланады.
