Кластерные суперкомпьютеры

В настоящее время развивается технология построе­ния больших и суперкомпьютеров на базе кластерных решений. По мнению мно­гих специалистов, на смену отдельным, независимым суперкомпьютерам долж­ны прийти группы высокопроизводительных серверов, объединяемых в кластер.

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).

Программное обеспечение для кластерных систем уже выпускается. Приме­ром может служить компонент Cluster Server операционной системы MS Win­dows NT/2000 Enterprise. Этот компонент, более известный под кодовым названи­ем Wolfpack, обеспечивает как функции управления кластером, так и функции диагностирования сбоев и восстановления (Wolfpack определяет сбой програм­мы или отказ сервера и автоматически переключает поток вычислений на другие работоспособные серверы).

Несколько фирм (Dell, Sun Microsystems, IBM) уже продемонстрировали свои достижения в области суперкомпьютерных кластерных технологий (фирма IBM, например, представила модель человече­ского сердца, реализованную в кластере серверов RS/6000).

Компания NEC в 2002 году представила созданный в Центре науки и технологии моря в Канагаве, Япония, рекордный по быстродействию кластерный компьютер модели Земли (Earth Stimulator): скорость вычислений 35,86 TFLOPS (35 трил­лионов операций с плавающей запятой в секунду), пиковая — 40,96 TFLOPS.

Имеется единственный экземпляр этого компьютера, построенный на основе МП 5120 NEC Vector, объединенных в 640 кластеров по 8 процессоров в каж­дом. Вся система занимает площадь 3250 м² (65x50 м).

В 2005 году IBM представила суперкомпьютер Blue Gene/L, построенный для Национальной Ядерной Лаборатории. Он показал производительность 135,3 TFLOPS.

Все фирмы отмечают существенное снижение стоимости кластерных систем по сравнению с локальными суперкомпьютерами, обеспечивающими ту же произ­водительность.

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.

Лекция 5