DEMAC, Kluster Beowulf Modular yang dicetak 3D: 23 Langkah (dengan Gambar)

2024 Pengarang: John Day | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2024-01-30 11:08

High Performance Computation (HPC) adalah kemampuan untuk memproses data dan melakukan perhitungan yang kompleks pada kecepatan tinggi, ini adalah penerapan "Superkomputer" untuk masalah komputasi yang terlalu besar untuk komputer standard atau memerlukan waktu terlalu lama untuk diselesaikan. Top500 adalah senarai, yang diterbitkan dua kali dalam setahun, dan berada di peringkat beberapa komputer terpantas dan paling berkuasa di dunia. Negara dan organisasi besar membelanjakan berjuta-juta sumber untuk menjadikan sistem ini dapat dijalankan agar para saintis dapat memanfaatkan teknologi canggih dan menyelesaikan masalah yang kompleks.

Beberapa tahun yang lalu, komputer digunakan untuk meningkatkan prestasinya dengan meningkatkan kelajuan pemproses. Setelah menghadapi perlambatan dalam pendekatan seperti ini, pembangun memutuskan untuk terus meningkatkan prestasi komputer, beberapa teras (atau unit komputasi) harus dikemas bersama. Penggabungan pelbagai sumber pengkomputeran dan mekanisme untuk mengawal sumber ini adalah apa yang kita sebut "paralelisme" dalam sains komputer. Mempunyai beberapa teras melakukan beberapa tugas sepertinya pendekatan yang baik untuk meningkatkan prestasi komputer… tetapi, ini membuka persoalan besar: bagaimana kita menggunakan sumber ini dengan lebih berkesan?

Soalan-soalan ini telah membuat saintis komputer sibuk, ada banyak cara untuk memberitahu komputer bagaimana melakukan sesuatu, bahkan ada lebih banyak cara untuk memberitahu beberapa komputer bagaimana melakukan sesuatu. Projek ini bertujuan untuk mengembangkan platform yang berpatutan di mana setiap orang dapat bereksperimen dengan mesin yang sangat selari, menguji model yang ada untuk digunakan dalam projek anda sendiri, mengembangkan kaedah baru dan kreatif untuk menyelesaikan masalah komputasi atau hanya menggunakannya sebagai cara untuk mengajar orang lain mengenai komputer. Kami harap anda dapat menikmati bekerja dengan DEMAC sebanyak yang kami ada.

DEMAC

Delaware Modular Assembly Cluster (DEMAC) adalah susunan sistem tertanam (komputer berukuran kad) yang dapat diperluas dan sekumpulan bingkai dicetak 3D untuk membungkus papan dan perkakasan tambahan yang menyediakan kuasa, penyejukan dan akses rangkaian.

Setiap peranti atau sistem tertanam adalah komputer kecil, Parallella Board yang menggabungkan sumber pemproses ARM dwi teras, pemproses 16 teras yang disebut Epiphany dan FPGA tertanam dengan fleksibiliti tumpukan sumber terbuka yang lengkap. Pemasangannya adalah bingkai cetak 3D buatan rumah yang memungkinkan pelaksanaan biaya rendah dan struktur yang dapat ditingkatkan. Ia direka untuk memuat 4 unit rak ukuran standard (seperti yang anda dapati di bilik pelayan komputer).

Instruksional ini merangkumi:

- Senarai bahan yang diperlukan

- Arahan untuk mencetak bingkai 3D

- Arahan untuk memasang dan menyambungkan bahagiannya

- Panduan memuat turun dan memasang perisian yang diperlukan

- Penerangan mengenai cara menghubungkan dan berinteraksi dengan kluster

- A "Mengapa kita melakukan ini?" bahagian

Siapakah kita?

Kami adalah CAPSL (Arkitek Komputer dan Makmal Selari), dari University of Delaware. Kami yakin masa depan pengiraan harus mempunyai asas yang kuat dalam teori Dataflow (yang akan kami jelaskan kemudian dalam arahan ini jika anda berminat).

Bekalan

Senarai ini menerangkan bahan yang diperlukan untuk membina kluster 4 papan

- 4 papan Parallella (anda boleh mendapatkannya dari DigiKey atau vendor lain, anda boleh mendapatkan lebih banyak maklumat di laman web mereka

- 4 kad micro-SD dengan sekurang-kurangnya 16Gb (berikut adalah 10 pek yang sangat murah atau sesuatu seperti kombo yang lebih fleksibel)

- 4 kabel mikro-USB panjang minimum 30 cm (saya mengesyorkannya)

- Pengecas USB [dengan sekurang-kurangnya 4 port jenis A] (Saya mengesyorkan yang ini mempunyai 6-port, atau satu dengan faktor bentuk yang sama, kerana casing kuasa direka untuknya)

- Kipas Penyejuk [ukuran maksimum 100 mm x 100 mm x 15 mm] (Saya cadangkan yang ini kerana murah dan berfungsi, tetapi yang lain dengan ukuran dan konfigurasi kabel yang serupa berfungsi)

- Bekalan kuasa untuk kipas penyejuk (Jika konfigurasi anda mempunyai lebih dari 8 papan, saya cadangkan yang ini atau yang serupa [AC 100 V / 240 V hingga DC 12 V 10 A 120 W] yang mempunyai selongsong logam yang bagus dan juga boleh dipasang ke suis) (Sekiranya anda hanya memasang dua kipas atau kurang, anda boleh menggunakan 12 V dengan sekurang-kurangnya 1 A bekalan kuasa output yang mungkin anda miliki)

- 5 Kabel Ethernet (4 dapat pendek seperti ini, bergantung pada jarak dari beralih ke papan, dan satu harus cukup panjang untuk menghubungkan suis dengan komputer atau modem untuk mengakses rangkaian kluster)

>> Catatan Penting: Sistem penyejukan diperlukan, jika tidak, papan mungkin terlalu panas! <<<

Bahagian 3D-Printed

- 4 Dulang Papan (Frame_01)

- 1 Sarung Papan (Frame_02)

- 1 Sarung Kipas (Frame_03_B & Frame_03_T)

- 1 Sarung Kuasa (Frame_04)

Langkah 1: Mengenai DEMAC

DEMAC adalah sebahagian dari gambaran yang lebih besar, platform yang fleksibel dan dapat ditingkatkan yang membolehkan kita mengembangkan dan menguji model pelaksanaan pengaturcaraan baru (PXM) untuk pengiraan selari. PXM lebih daripada sekadar cara untuk menggambarkan pengiraan, ia mewakili tulang belakang yang memberikan kesepakatan antara cara program diekspresikan dan bagaimana ia diterjemahkan ke bahasa umum yang dapat dijalankan oleh mesin. Kami menerangkan sekumpulan elemen yang membolehkan pengguna menghasilkan program dan cara mengatur pelaksanaan program. Program ini dapat dioptimumkan untuk menargetkan arsitektur tertentu oleh pengguna atau alat otomatis berdasarkan latar belakang umum ini.

Anda boleh mengetahui lebih lanjut mengenai projek ini pada akhir arahan ini, anda juga boleh klik di sini untuk mendapatkan lebih banyak maklumat mengenai DEMAC atau di sini untuk mendapatkan lebih banyak maklumat mengenai CAPSL)

Langkah 2: DEMAC Cetakan 3D

Di bahagian ini, anda boleh mendapatkan panduan untuk mencetak 3D bingkai yang merangkumi komponen lain dan memberikan sokongan struktur. Walaupun anda adalah master percetakan 3D, berikut adalah beberapa petua yang boleh anda pertimbangkan semasa mencetak bingkai ini. Semua bingkai boleh dicetak menggunakan muncung 0,4 mm dengan ketinggian lapisan 0,3 atau 0,2 (anda juga dapat menggunakan adaptif). Saya mencetak semuanya menggunakan PLA tetapi tidak menjadi masalah jika anda ingin menggunakan bahan lain (selagi ia memberikan kestabilan struktur dan boleh bertolak ansur dengan suhu yang lebih tinggi atau sama daripada PLA).

Fail STL:

www.thingiverse.com/thing:4493780

cults3d.com/en/3d-model/various/demac-a-mo…

www.myminifactory.com/object/3d-print-dema…

Dulang Papan (Frame_01)

Tidak memerlukan sokongan tambahan. Yang ini cukup mudah, letakkan dengan permukaan rata menghadap permukaan percetakan.

Sarung Papan (Frame_02)

Yang ini mungkin memerlukan sedikit sokongan pada balok tengah. Anda boleh berpendapat bahawa mesin / alat pemotong yang diselaraskan dapat mencetak jambatan tersebut tanpa sokongan tambahan. Cubalah beberapa ujian tekanan jambatan terlebih dahulu jika anda mahu mencetak tanpa sokongan kerana idea itu tidak memerlukannya. Sebaliknya, tiang dan dinding tiang memberikan sokongan yang cukup untuk dicetak tanpa struktur sokongan tambahan.

Sarung Kipas (Frame_03_B & Frame_03_T)

Tidak memerlukan sokongan tambahan. Letakkan kedua-dua bahagian dengan permukaan rata menghadap permukaan percetakan.

Sarung Kuasa (Frame_04)

Mirip dengan Frame_02, yang satu ini mungkin memerlukan sedikit sokongan pada balok tengah. Anda juga boleh mencetaknya tanpa bahan sokongan tambahan (seperti yang dimaksudkan). Tiang lintang dan dinding memberikan sokongan yang cukup untuk dicetak tanpa struktur sokongan tambahan.

Casing Penyejukan Keluaran (Frame_05_B & Frame_05_T)

Tidak memerlukan sokongan tambahan. Letakkan kedua-dua bahagian dengan permukaan rata menghadap permukaan percetakan.

Langkah 3: Kumpulkan DEMAC

Sekarang anda mempunyai semua bahagian yang diperlukan adalah masa untuk mula memasang kluster.

Ingatlah untuk membuang bahan sokongan yang mungkin ada pada bingkai.

Langkah 4: Letakkan Kipas di Sarung

Cukup geser kipas ke dalam Frame_03_B (dengan kabel di sudut kanan bawah), bahagian bawahnya harus dipasang di dalam dinding melengkung kecil yang menahan kipas di tempatnya.

Letakkan Frame_03_T dengan dinding melengkung kecil menghadap ke bawah di atas Frame_03_B (dengan kipas sudah ada). Hati-hati meletakkan tudung Frame_03_T selebar yang menghadap ke muka Frame_03_B yang lebih lebar (belakang). Bingkai mesti diklik dan penutupnya mesti diletakkan di tempatnya.

Langkah 5: Bergabung dengan Board Casing Dengan Power Casing

Letakkan Frame_02 di atas Frame_04, kedua-dua ini dirancang untuk bergambar bersama. Terdapat penyok kecil di bahagian bawah Frame_02 yang sesuai dengan penyambung di atas Frame_04. Gunakan kekuatan lembut untuk menghubungkannya.

Langkah 6: Pasang Unit Penyejuk

Frame_03 (B&T) dirancang untuk snap bersama dengan Frame_02, letakkan kipas menghadap papan (aliran udara harus masuk ke dalam Frame_02). Terdapat penyok kecil pada lajur Frame_02 yang harus sesuai dengan tanda di Frame_03_B. Tekan tekanan lembut pada permukaan lateral struktur sehingga bingkai diklik.

Langkah 7: Letakkan Papan di Dulang Papan

Frame_01 mempunyai 4 pin yang sesuai dengan lubang di papan Parallella. Papan mestilah mudah dimasukkan ke dalam dulang. Bergantung pada kalibrasi Pencetak 3D anda mungkin besar atau terlalu kecil, anda boleh menggunakan sedikit gam silikon cair untuk menahannya di tempat atau menekannya sedikit dengan beberapa tang untuk mengurangkan diameternya.

>> Catatan Penting: Jangan lupa meletakkan pendingin di papan <<<

Langkah 8: Luncurkan Baki Papan di Selongsong Papan

Frame_01 menyediakan slot yang sesuai dengan rel Frame_02 untuk setiap tingkat. Perhatikan bahawa hanya ada satu sisi yang terbuka untuk menerima dulang papan. Ada juga benjolan kecil yang membantu menjaga Frame_01 di tempatnya (jujur, ini dapat menggunakan beberapa peningkatan pada versi yang akan datang).

Geser keempat-empat dulang papan dengan papan sudah siap, 1 setiap tingkat.

Langkah 9: Letakkan Bekalan Kuasa Di Dalam Selongsong Kuasa

Letakkan bekalan kuasa USB di dalam Frame_04 dengan port USB menghadap ke luar. Terdapat bukaan kecil di sisi lain untuk kabel kuasa yang memberi makan hub.

Langkah 10: Sambungkan Kipas ke Bekalan Kuasa Penyejukan

Kipas kini harus disambungkan ke bekalan kuasa 12 V yang memberikan tenaga ke unit penyejuk.

>> Catatan Penting: Pastikan sistem penyejukan berfungsi sepanjang masa semasa papan anda disambungkan ke bekalan kuasa <<<

Langkah 11: Konfigurasikan OS

1. Muat turun OS yang disyorkan (Parabuntu) di sini

Terdapat dua semakan cip (z7010 [P1600 / P1601] dan z7020 [P1602 / A101040] yang memerlukan fail yang berbeza.

Untuk kedua-dua semakan, ada versi tanpa kepala (Tanpa antarmuka pengguna grafik) dan versi yang menyediakan sokongan HDMI dan antara muka pengguna grafik)

Sekiranya anda ingin menggunakan output HDMI ingatlah untuk mendapatkan kabel mini-HDMI.

Anda boleh bersambung dengan versi tanpa kepala melalui rangkaian.

Lebih banyak maklumat dan penjelasan terperinci boleh didapati di sini di laman web rasmi.

Berikut adalah langkah-langkah untuk memasang sistem operasi menggunakan pengedaran berasaskan Linux. Anda boleh menggunakan perintah di terminal (tanpa simbol $) untuk langkah seterusnya atau periksa prosedur lain di laman web.

2. Pasang

- Masukkan kad micro-SD di komputer biasa anda - Unzip gambar Ubuntu. Tukar [nama releas] untuk nama gambar.

$ gunzip -d [nama releas].img.gz

3. Sahkan laluan peranti kad SD anda

Laluan peranti yang tepat ke kad SD anda bergantung pada pengedaran Linux dan penyediaan komputer anda. Menggunakan arahan di bawah untuk mendapatkan jalan yang betul. Sekiranya tidak jelas dari output jalan mana yang benar, cuba perintah dengan dan tanpa kad SD dimasukkan. Di Ubuntu, jalan yang dikembalikan mungkin seperti ‘/ dev / mmcblk0p1’.

$ df -h

4. Lepaskan kad SD Anda perlu melepaskan semua partisi pada kad SD sebelum membakar kad. [Sd-partition-path] berasal dari arahan ‘df’ pada langkah 3.

$ umount [sd-partition-path]

5. Bakar gambar cakera Ubuntu pada kad mikro-SD

Bakar gambar ke kad SD menggunakan utiliti ‘dd’ yang ditunjukkan dalam contoh arahan di bawah. Harap berhati-hati dan pastikan anda menentukan jalan dengan betul kerana arahan ini tidak dapat dipulihkan dan akan menimpa apa sahaja di jalan! Contoh arahan di Ubuntu adalah: ‘sudo dd bs = 4M if = my_release.img of = / dev / mmcblk0’. Harap bersabar, ini mungkin memerlukan masa (beberapa minit) bergantung pada komputer dan kad SD yang sedang digunakan.

$ sudo dd bs = 4M if = [releasename].img dari = [sd-partition-path]

6. Pastikan semua penulisan ke kad SD telah selesai

$ segerak

7. Masukkan kad SD ke dalam slot kad SD di papan

Langkah 12: Sambungkan Papan ke Bekalan Kuasa

Gunakan kabel miniUSB ke USB-A untuk menyambungkan salah satu papan ke hab USB. Anda boleh melabel port dan kabel atau menentukan pesanan sambungan sekiranya anda perlu melepaskan papan kemudian.

Langkah 13: Menyiapkan Penghala

Sekiranya anda melakukan pemasangan OS tanpa kepala semasa anda berada di rangkaian besar, anda perlu menggunakan penghala dan menyambungkannya ke internet, papan Parallella, dan komputer peribadi anda.

Sekiranya anda tidak dapat menyambung ke penghala, anda juga dapat menyambungkan papan terus ke komputer anda menggunakan kabel Ethernet, prosedur ini sedikit sukar dan tidak akan diliputi dalam arahan ini.

Setelah semuanya disambungkan, buka antara muka penghala anda untuk mengetahui Alamat IP apa yang diberikan kepada Parallella anda secara lalai. Cari tab yang mengatakan Rangkaian. Kemudian cari bahagian berlabel DHCP Client List. Di sana anda harus melihat papan Parallella anda dan Alamat IPnya.

Dengan Alamat IP ini, anda boleh memasukkan SSH ke Parallella dan menyiapkan alamat IP statik.

Langkah 14: Menyambung ke Papan Parallella Dengan SSH

Catatan: Untuk bahagian ini, [default_IP] adalah alamat IP dinamik yang anda dapati dalam Senarai Pelanggan DHCP.

Periksa sambungan ke papan

$ ping [lalai_IP]

SSH masuk ke papan untuk pertama kalinya (kata laluan lalai adalah parallella)

$ ssh parallella @ [default_IP]

Langkah 15: Menyiapkan Rangkaian

- Tukar nama host: edit / etc / hostname

Di sini anda boleh memberikan nama yang anda mahukan, kami mengesyorkan menggunakan NOPA ##

Di mana ## mengenal pasti nombor papan (iaitu 01, 02,…)

- Tetapkan papan alamat IP lain: edit / etc / host

Tetapkan Alamat IP statik: tambahkan teks di bawah untuk /etc/network/interfaces.d/eth0

# Antara muka rangkaian utama untuk et00

iface eth0 inet statik

alamat 192.168.10.101 #IP harus berada dalam jangkauan penghala

netmask 255.255.255.0

gateway 192.168.10.1 #Ini mestilah alamat penghala

pelayan nama 8.8.8.8

pelayan nama 8.8.4.4

Setelah anda memberikan IP ke papan, anda boleh memulakan semula sambungan dengan arahan

$ ifdown eth0; ifup eth0

atau but semula papan

Langkah 16: Menyiapkan Akses Keygen dan Tanpa Kata Laluan di Papan Iklan

Sediakan pasangan kunci awam persendirian pada setiap nod (termasuk nod kepala). Buat folder sementara, buat kunci baru dan jadikannya kunci yang dibenarkan, dan tambahkan semua NOPA ke host yang diketahui seperti ditunjukkan di bawah.

mkdir tmp_sshcd tmp_ssh ssh-keygen -f./id_rsa

#Tekan enter dua kali untuk menetapkan dan mengesahkan kata laluan kosong

cp id_rsa.pub dibenarkan_kunci

untuk i di `seq 0 24`; do j = $ (gema $ i | awk '{printf "% 02d / n", $ 0}');

ssh-keyscan NOPA $ J >> dikenali_hosts; selesai

Langkah 17: Memasang Sshfs

- Menggunakan sshfs membolehkan berkongsi fail di antara papan pada kluster. Jalankan arahan berikut:

$ sudo apt-get install -y sshfs

- Memeriksa / Membuat Kumpulan Fuse

Periksa sama ada kumpulan fius ada:

$ kucing / dll / kumpulan | grep 'fius'

Sekiranya kumpulan itu wujud, laksanakan perintah berikut

$ bash sudo usermod -a -G fuse parallella

- Sekiranya kumpulan itu tidak wujud, buatlah dan tambahkan pengguna kepadanya

$ sudo groupadd fius

$ sudo usermod -a -G fuse parallella

- Tanggalkan baris user_allow_other dalam fail fuse.config

$ sudo vim /etc/fuse.conf

Langkah 18: Konfigurasikan Folder NFS

- Ubah suai fail / etc / fstab

$ sudo vim / etc / fstab

- Ganti kandungannya dengan teks yang ditunjukkan di bawah

# [sistem fail] [titik pemasangan] [jenis] [pilihan]

sshfs # parallella @ NOPA01: / home / parallella / DEMAC_nfs / home / parallella / DEMAC_nfs fuse comment = sshfs, noauto, users, exec, rw, uid = 1000, gid = 1000, allow_other, reconnect, transform_symlinks, BatchMode = ya, bukan, _netdev, identityfile = / home / parallella /.ssh / id_rsa, default_permissions 0 0

Langkah 19: Sambungkan Papan ke Suis

Letakkan suis di bawah kluster atau di tempat yang berdekatan, gunakan kabel Ethernet untuk menyambungkan papan yang telah anda konfigurasikan ke suis. Anda juga dapat menyambungkan suis dan komputer ke penghala untuk mendapatkan akses ke kluster.

Anda seharusnya dapat melakukan ping dan masuk ke papan yang kini disambungkan ke suis dengan IP statik.

Anda juga boleh menambahkan IP dan nama host ke fail / etc / host anda. Anda akan dapat menggunakan nama host untuk menyambung dan bukan menaip keseluruhan alamat IP.

Langkah 20: Ulangi Langkah 11 hingga 19 untuk Setiap Papan

Ikuti prosedur untuk mengkonfigurasi OS dan rangkaian untuk setiap papan.

>> Catatan Penting: Gunakan nama host dan IP yang berbeza untuk setiap papan! Mereka harus unik melalui rangkaian! <<<

Langkah 21: Sambungkan Periferal

Pastikan kipas berfungsi:

Pastikan kipas mendapat kuasa dan aliran udara masuk ke dalam selongsong Papan. Sambungan harus stabil dan bebas dari unsur lain. Ingat papan boleh terlalu panas jika tidak disejukkan dengan betul.

Pastikan papan disambungkan ke suis:

Pada ketika ini anda seharusnya mengkonfigurasi setiap papan secara bebas. Papan juga harus disambungkan ke suis. Manual suis harus memberikan maklumat yang dapat digunakan untuk memeriksa bahawa proses permulaan selesai dengan betul, mungkin ada beberapa LED yang menunjukkan status.

Sambungkan Papan ke Bekalan Kuasa:

Gunakan kabel mikro-USB ke USB-A untuk menyambungkan setiap papan ke hab USB. Anda boleh melabel port atau menentukan pesanan sekiranya anda perlu memutuskan satu papan.

Langkah 22: Gunakan Kuasa

1. Kipas mesti berfungsi.

2. Papan hendaklah disambungkan ke suis Ethernet.

3. Periksa bahawa papan disambungkan ke hab USB.

4. Berikan kuasa ke hab USB.

5. Aktifkan DEMAC!

6. Keuntungan!

Langkah 23: Sumber Perisian

MPI (Antaramuka Melintas Mesej)

MPI adalah protokol komunikasi untuk memprogram komputer selari. Kedua-dua komunikasi titik-ke-titik dan kolektif disokong.

www.open-mpi.org/

OpenMP (Open Multi-Processing)

Antaramuka pengaturcaraan aplikasi (API) OpenMP (Open Multi-Processing) menyokong pengaturcaraan multipemprosesan memori bersama pelbagai platform di C, C ++, dan Fortran, di banyak platform. Ini terdiri daripada sekumpulan arahan penyusun, rutin perpustakaan, dan pemboleh ubah persekitaran yang mempengaruhi tingkah laku jangka masa.

www.openmp.org/

Perisian Parallella

Pembangun menyediakan timbunan perisian sumber terbuka, termasuk SDK untuk berinteraksi dengan pemecut.

www.parallella.org/software/

Anda juga boleh mendapatkan Manual dan maklumat yang lebih terperinci.

Mereka juga mempunyai repositori GitHub:

github.com/parallella

Jangan ragu untuk memuat turun dan menjalankan beberapa contoh, salah satu kegemaran saya adalah permainan hidup berdasarkan Permainan Kehidupan Conway yang terkenal.

Penafian: Definisi mungkin disalin dari wikipedia