Cluster? schnelles Netzwerk verbunden. Ziel des Clustering

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2 Cluster? Ein Rechnerverbund oder engl. Computercluster bzw. meist einfach Cluster (engl. für Schwarm, Gruppe, Haufen ), bezeichnet eine Anzahl von vernetzten Computern, die von außen in vielen Fällen als ein Computer gesehen werden können. In der Regel sind die einzelnen Elemente eines Clusters untereinander über ein schnelles Netzwerk verbunden. Ziel des Clustering besteht meistens in der Erhöhung der Rechenkapazität oder der Verfügbarkeit gegenüber eines einzelnen Computers. Die in einem Cluster befindlichen Computer (auch Knoten (englisch nodes) oder Server) werden auch oft als Serverfarm bezeichnet. 2

3 Hochverfügbarkeit (HA) Redundanz 3

4 Single Point of Failure 4

5 Hochverfügbarkeit (HA) 5

6 Hochverfügbarkeit (HA) 6

7 Load Balancing 8

8 Load Balancing 9

9 10

10 HA, Load Balancing Cluster High Availability (HA) Ausfallsicherheit, Verfügbarkeit ( five nines ) Load Balancing Lastverteilung == Performancesteigerung Anwendungen: Webserver (Apache, IIS, nginx, lighttpd) Datenbanken (RDBMS, z.b. Oracle, PostgreSQL, MySQL, MSSQL) Verzeichnisserver (LDAP) File storage (NFS, Samba) 11

11 Grid Computing 12

12 Grid Computing 13

13 14

14 geographisch verteilt sehr viele Rechner lose Kopplung heterogen Grid Computing Abbildung: eher homogenes Grid Computing im PlayStation 3-Cluster 15

15 High Performance Computing dicht gepackt (HPC) (meist) extrem schnelles Netzwerk enge Kopplung homogen 16

16 17

17 Leistungsaufnahme ~ W 18

18 8 Knürr CoolLoops Kühlung Kühlleistung: je 30 kw Lüfter: 3+1 (redundant) Gewicht: 160 kg Warmgang -Einhausung 19

19 Performance Theoretische Rechenleistung (3650 cores): 39,2 TFlops Rechenleistung mit High-Performance Linpack: 35,5 TFlops Platzierung TOP500: 2009/November: /Juni:

20 VSC: Aufbau, Hardware 21

21 VSC: Aufbau, Hardware 436 Rechenknoten (Sun Fire X2270) 2x Intel Xeon X5550, 2,66 GHz 24 GB Hauptspeicher, DDR MHz 500 GB Festplatte Infiniband: QLogic QLE7240, 1450 MB/s Bandbreite, Latenzzeit 1,2 µs 2 Master-Knoten, 3 Login-Knoten 2x Intel Xeon E5540, 2,53 GHz 24 GB Hauptspeicher, DDR MHz 300 GB Festplatte 4x GbE 2 hot-swappable, high-efficiency PSUs (je 1050 W) 22

22 VSC: Netzwerk 22 Infiniband-Switches (QLogic, 20x 12200, 2x 12300) 40 Gbps zwischen Coreund Leaf-Switches 20 Gbps zwischen Leaf- Switches und Nodes Je 36 4xQDR Ports Switching Latency: <140 ns 23

23 VSC: Netzwerkstruktur 24

24 Batchsystem Oracle (ehem. Sun) Grid Engine 25

25 job-id prior name user state submit/start at queue slots C5125-5gs emun r 06/14/ :02: gf5-smagor emun r 06/14/ :02: n095t005 shiro r 06/15/ :29: mat_6_in_l mhofbaue r 06/15/ :57: tp04t004 sakai r 06/15/ :58: VASP_S1D eborrero r 06/15/ :15: tp04t009 sakai r 06/15/ :17: conv_tf_sf arnom r 06/15/ :21: VASP_S1B eborrero r 06/15/ :05: smagor20r emun r 06/15/ :21: VASP_S1F eborrero r 06/15/ :47: CHARMM36A2 cschroed r 06/15/ :27: nano_b koch r 06/15/ :29: m6bcdsgbi- similpwk r 06/15/ :34: m6bcdsibg- similpwk r 06/15/ :38: m6bcdsgbg- similpwk r 06/15/ :41: rhbn_b mitten r 06/15/ :42: rhbn mitten r 06/15/ :43: ccoronene- similpwk r 06/15/ :50: CHARMM36A2 cschroed r 06/15/ :51: EAM_1 eborrero r 06/15/ :00: gblup hschwarz qw 06/15/ :59: e smaurer qw 06/15/ :02: e smaurer qw 06/15/ :14: TFCLNCH3-2 similpwk qw 06/15/ :12: tp04t003 sakai qw 06/15/ :00: tp02t003 sakai qw 06/15/ :06: sc ttaylor hqw 06/14/ :02: h ttaylor hqw 06/14/ :05:

26 Alternativen Portable Batch System OpenPBS PBS Professional Terascale Open-Source Resource and QUEue Manager (TORQUE) Condor Single System Image Kerrighed (*1999) OpenMOSIX (*2002, 2008) OpenSSI (*2001) DragonFlyBSD (*2003) MOSIX (*1977) 28

27 Alternativen zu x86_64 Architekturen top500 Top 20: 15 x86_64 4 PowerPC (davon 3 in Top 10) 1 Cell (Platz 3) IBM POWER7 cluster global shared memory space einfachere Programmierung logical memory partitioning 8 floating point ops per cycle (vgl. 4 bei Nehalem) 29

28 Infiniband - Überblick Industrie-Standard (durch IBTA festgelegt) Medium: Kupfer oder LWL 8/10 Encoding Adressierung Link Layer: Local Identifier (LID) Network Layer: Global Identifier (GID) Niedrige Latenz (<150 ns/hop, 1 µs end-to-end) Sehr hohe Bandbreiten (10-40 Gbps) IP over IB 30

29 Infiniband - Topologien 31

30 Anwendungen am VSC: Physik Elektronenstrukturrechnungen Bestimmung physikalischer Eigenschaften kristalliner Festkörper und deren Oberflächen. z.b. magnetisches Moment, Gitterkonstante, Kristallstruktur, Leitfähigkeit,... Computercodes: VASP (Vienna Ab-initio Simulation Package) Wien2k FLAIR Basierend auf sog. Dichtefunktionaltheorie (DFT, Österreicher Walter Kohn, Nobelpreis 1998) 32

31 Anwendungen am VSC: Chemie Bestimmung chemischer Eigenschaften von Molekülen. z.b. molekulare Struktur, Bindundsenergien, Bindungsarten, Polarität,... Computercodes: Gaussian Turbomole DFTB+ Gamess CHARMM 33

32 Anwendung am VSC: Meteorologie Entwicklung von Modellen zur Vorhersage klimatischer Bedingungen. Computercodes: MM5 (Mesoscale Model), alt WRF (Weather Research and Forcasting Model), neu 34

33 Anwendungen am VSC: Astronomie Modellierung von z.b. bestimmten Sternen, Planeten, schwarzen Löchern und Gravitationswellen. Computercodes: Antares BAM 35

34 Anwendung am VSC: Mathematik Lösungen von Differentialgleichungen oder Gleichungsystemen die analytisch nicht möglich wären. Computercodes: Mathematica MATLAB R GAMS 36

35 37

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