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Was sind Cluster und wie sind sie aufgebaut

Was sind Cluster und wie sind sie aufgebaut. Leiv-Erik Braun Mai 2007. Überblick über die Systeme. Quelle: http://www.top500.org/lists/2006/11/overtime/Architectures. SMP - Symmetric Multi Processing. Viele Prozessoren (<=16) und ein gemeinsamen Speicher

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Was sind Cluster und wie sind sie aufgebaut

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Presentation Transcript

  1. Was sind Clusterund wie sind sie aufgebaut Leiv-Erik Braun Mai 2007

  2. Überblick über die Systeme Quelle: http://www.top500.org/lists/2006/11/overtime/Architectures

  3. SMP - Symmetric Multi Processing • Viele Prozessoren (<=16) und ein gemeinsamen Speicher • Ein Prozessor bzw. Kern bearbeitet den nächstmöglichen Task oder Thread (Queue)(z.B. Dual Core PC, IBM JS21-MP BladeServer)

  4. IBM JS21 BladeServer (SMP System) Quelle: http://www-5.ibm.com/es/press/fotos/servidoresytecnologia/i/BladeCenterjs21.jpg Quelle: ftp://ftp.software.ibm.com/systems/support/system_x_pdf/31r1760.pdf

  5. MPP - Massive-Parallel-Prozessing • Mehrere Prozessoren und kein gemeinsamer Speicher • Ein Prozessor bearbeitet einen seperaten Teil eines Problems • z.B. DOE/NNSA/LLNL eServer BlueGene, NNSA/Sandia National Laboratories Cray Red Storm

  6. IBM BlueGene/L (MPP System) Quelle: http://www-03.ibm.com/servers/deepcomputing/pdf/bluegenesolutionbrief.pdf

  7. Cluster • mehrere Rechner im Verbund • Oft SMP Nodes • Ein Knoten hat weniger Prozessoren als der Verbund Knoten hat • z.B. BCC BladeCenter JS21 IBM, NNSA Power Edge 1850

  8. BladeServer JS21-MP Cluster (MareNostrum) Quelle: http://www-5.ibm.com

  9. Constellations (Cluster of Clusters) • Große SMP‘s im Verbund • Ein Knoten hat mehr Prozessoren, als der Verbund Knoten hat • 1 System mit tausend Recheneinheiten • Tera-10 Bull/NovaScale, Nagoya University Primepower HPC2500

  10. Bull NovaScale Tera-10 Quelle: http://www.guideinformatique.com/IMAGES/SimulNul02.jpg

  11. Warum sind Cluster so beliebt? Quelle: http://www.top500.org/lists/2006/11/overtime/Architectures

  12. Warum sind Cluster so beliebt? • Viele Anbieter der Komponenten (großer Markt) • Aufbau mit einfachen Mitteln möglich (kostengünstig) • Variabler Einsatz von Kapital für Netzwerk, Rechenleistung und Arbeitsspeicher (offene Preisgestaltung) • Meist variabel erweiterbar (Skalierbarkeit) • Bei Defekt eines Knotens ist ein Großteil des Clusters weiter nutzbar (Robustheit) • Bei Defekt unkopliziert und kostengünstig reparabel (Hot Swappable)

  13. Kommunikationstechnologien im Cluster

  14. Kernel Bypass Standard Höchstes Ziel: Der Cluster soll rechnen Aplication IP based Apps User Space • Ansprüche an das Netzwerk • Schneller Datentransfer • Remote DMA (RDMA) • Entlastung der CPU • Schlankes Protokoll • Kein Management des Datentransfer • Auslagerung auf NIC/HCA • Hohe Robustheit • Geringe Latenz User APIs API / VERBS Upper Layer Protokolle Protokolltreiber(TCP/IP) Kernel Space Provider HardwareTreiber Hardware Host Channel Adapter Network Interface Card

  15. Günstiger Standard (Gigabit Ethernet) • 10 Gb/s (heute) • 100 Gb/s (Ende 2009) • 10 * 10Gb/s gebündelt(http://www.spectrum.ieee.org/dec06/comments/1657) • TCP/IP • Viel Information im Protokollstack die im Cluster nicht nötig ist (Overhead) • Leistungsschub durch TOE (TCP Offload Engine) • Hardware die sich um en-/develop, handshake, ect. kümmert um dem Prozessor Arbeit zu ersparen

  16. Myrinet von Myricom • Nutzt vorhandene Ethernet Technologie • Begrenzt auf die aktuelle Ethernet Technologie = 10Gb/s • Hat eigene Netzwerkkarten • Remote DMA fähig • Hat eigenes „schlankes Protokoll“ • Kommt auf Latenzzeiten von ca. 2-3 Mikrosekundenbei (10Gb) (http://www.myricom.com/scs/performance/MX-10G/) • 2 Lösungen im Angebot • Myrinet 2000 (2Gb) • Myrinet 10G (10Gb)

  17. Myrinet 2000 (Kupfer) Myrinet 10G (Glasfaser) Myrinet installationen Quelle: http://www.bsc.es/media/317.jpg Quelle: http://cse.uluc.edu/turing/gallery.html

  18. InfiniBand von der Infiniband Trade Association (IBTA) • Nutz eigene neue Technologie • Normal 2,5 Gb/s durch 8bit/10bit Kodierung = 2 Gb/s • Begrenzt durch Taktrate (Maximal 96Gb/s) • Hat eigene Host Channel Adapter (HCA) • Nutzt Remote DMA (RDMA) • Kommt auf Latenzzeiten von ca. 2-3 Mikrosekundenbei (10Gb-96Gb)

  19. InfiniBand – Speed durch Bündelung und Takterhöhung • SDR Singel Data Rate • DDR Double Data Rate • QDR Quad Data Rate

  20. InfiniBand Kabel (1x, 4x, 12x) Quelle: http://www.cs-electronics.com

  21. InfiniBand Installation Quelle: http://hpc.msstate.edu/computing/maverick/gallery/production

  22. Ende

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