Кластерные суперкомпьютеры

В настоящее время активно 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 производительностьсистемы, 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 организации внешней памяти (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 отказсервера 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 (в 2002 году) 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 (65×50 м).

В 2005 году IBM представила суперкомпьютер Blue Gene/L, построенный для Национальной Ядерной Лаборатории (LLNL, Lawrence Livermore National Laboratory). Суперкомпьютер показал производительность 135,3 TFLOPS. Это новый рекорд производительности.

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.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое вычислительные системы и каковы их разновидности?

2. В чем особенности архитектуры многомашинных, многопроцессорных ВС?

3. Для чего создаются ВПВС – высокопараллельные ВС?

4. Рассмотрите особенности построения высокопараллельных ВС.

5. Дайте общую характеристику MISD – магистральных ВПВС.

6. Дайте общую характеристику SIMD – векторных ВПВС.

7. Дайте общую характеристику MIMD – матричных ВПВС.

8. Дайте общую характеристику ассоциативных ВПВС.

9. Дайте общую характеристику потоковых ВПВС.

10. Дайте общую характеристику и определите область использования суперЭВМ.

11. Рассмотрите особенности архитектуры суперкомпьютеров;

12. В чем достоинства кластерных компьютерных систем?