DEMAC, 3D nyomtatott moduláris Beowulf -klaszter: 23 lépés (képekkel)

2024 Szerző: John Day | [email protected]. Utoljára módosítva: 2024-01-30 09:40

A nagy teljesítményű számítás (HPC) az adatok feldolgozásának és a bonyolult számítások elvégzésének képessége nagy sebességgel, ez a "szuperszámítógépek" alkalmazása olyan számítási problémákra, amelyek túl nagyok a szabványos számítógépekhez, vagy túl sokáig tartanak. A Top500 egy lista, amelyet évente kétszer tesznek közzé, és a világ leggyorsabb, legerősebb számítógépeit sorolja fel. Az országok és a nagy szervezetek milliós erőforrásokat költenek arra, hogy ezeket a rendszereket a tudósok számára működésbe hozzák, hogy a legkorszerűbb technológiát kihasználják és összetett problémákat oldjanak meg.

Évekkel ezelőtt a számítógépek a processzor sebességének növelésével javították teljesítményüket. Miután az ilyen megközelítés lassulásával szembesültünk, a fejlesztők úgy döntöttek, hogy a számítógépek teljesítményének további növelése érdekében több magot (vagy számítási egységet) kell csomagolni. Számos számítási erőforrás és ezeknek az erőforrásoknak az ellenőrzésére szolgáló mechanizmusok összesítését nevezzük "párhuzamosságnak" az informatikában. Az, hogy több mag több feladatot végez, jó megközelítésnek tűnik a számítógép teljesítményének javítására… de ez nagy kérdést vet fel: hogyan használjuk fel hatékonyabban ezeket az erőforrásokat?

Ezek a kérdések folyamatosan foglalkoztatják az informatikusokat, többféleképpen lehet megmondani a számítógépnek, hogyan kell csinálni, és még több módja van annak, hogy több számítógépnek megmondja, hogyan kell csinálni. Ez a projekt egy megfizethető platform kifejlesztését célozza, ahol mindenki kísérletezhet egy rendkívül párhuzamos géppel, tesztelheti a meglévő modelleket, amelyeket saját projektjeiben alkalmazhat, új és kreatív módszereket fejleszthet ki a számítási problémák megoldására, vagy csak arra használhatja, hogy másokat megtanítson a számítógépekről. Reméljük, hogy annyira élvezni fogja a DEMAC -szal való együttműködést, mint mi.

DEMAC

A Delaware Modular Assembly Cluster (DEMAC) a beágyazott rendszerek (kártya méretű számítógépek) és a 3D nyomtatott keretek kibővíthető tömbje a táblák és további hardverek, amelyek áramot, hűtést és hálózati hozzáférést biztosítanak.

Minden eszköz vagy beágyazott rendszer egy kis számítógép, egy Parallella Board, amely egyesíti a kétmagos ARM processzor erőforrásait, az Epiphany nevű 16 magos társprocesszort és a beágyazott FPGA-t a teljes nyílt forráskódú verem rugalmasságával. A tartó egy házilag készített 3D nyomtatott keret, amely lehetővé teszi az alacsony költségű megvalósítást és a fokozható szerkezetet. Úgy tervezték, hogy 4 db szabványos méretű állványra illeszkedjen (mint például a számítógépes kiszolgáló helyiségeiben).

Ez az oktatható a következőket tartalmazza:

- A szükséges anyagok listája

- Utasítások a keretek 3D nyomtatásához

- Utasítások az alkatrészek összeszereléséhez és csatlakoztatásához

- Útmutató a szükséges szoftver letöltéséhez és telepítéséhez

- A fürthöz való kapcsolódás és interakció leírása

- A "Miért csináljuk ezt?" szakasz

Kik vagyunk mi?

CAPSL (Computer Architecture and Parallel Laboratory) vagyunk, a Delaware -i Egyetemen. Úgy véljük, hogy a számítás jövőjének erős bázissal kell rendelkeznie az adatfolyam -elméletben (amelyet később, ebben az oktatási útmutatóban fogunk elmagyarázni, ha érdekli).

Kellékek

Ez a lista a 4 táblás klaszter felépítéséhez szükséges anyagokat írja le

- 4 Parallella tábla (beszerezheti őket a DigiKey -től vagy más forgalmazóktól, további információt a webhelyükön talál:

-4 micro-SD kártya, legalább 16 GB-os (itt egy nagyon olcsó 10 csomag vagy valami hasonló, rugalmasabb kombó)

- 4 mikro-USB kábel, legalább 30 cm hosszú (ezeket ajánlom)

- USB töltő [legalább 4 A típusú porttal] (ezt a 6 portos, vagy az azonos formatervezésű eszközt ajánlom, mivel a tápegységet erre tervezték)

- Hűtőventilátor [max. Méret 100 mm x 100 mm x 15 mm] (ezt azért ajánlom, mert olcsó és működik, de más hasonló méretű és kábel konfigurációjú)

- Tápegység a hűtőventilátorhoz (ha a konfiguráció több mint 8 tábla, akkor ezt vagy hasonlót ajánlok [AC 100 V/ 240 V - DC 12 V 10 A 120 W], szép fém burkolattal és rögzíthető (ha csak két vagy kevesebb ventilátort csatlakoztat, akkor bármilyen 12 V -os feszültséget használhat, legalább 1 A kimeneti tápegységgel)

- 5 Ethernet kábel (4 ilyen rövid lehet, a kapcsolótól a táblákig terjedő távolságtól függően, és egynek elég hosszúnak kell lennie ahhoz, hogy a kapcsolót a számítógéphez vagy a modemhez csatlakoztassa a fürthálózat eléréséhez)

>> Fontos megjegyzés: Hűtőrendszerre van szükség, különben a táblák túlmelegedhetnek! <<<

3D nyomtatott alkatrészek

- 4 táblás tálca (Frame_01)

- 1 táblaház (Frame_02)

- 1 ventilátorház (Frame_03_B & Frame_03_T)

- 1 tápegység (Frame_04)

1. lépés: A DEMAC -ról

A DEMAC egy nagyobb kép része, egy rugalmas és bővíthető platform, amely lehetővé teszi számunkra, hogy új programozási végrehajtási modelleket (PXM) dolgozzunk ki és teszteljünk a párhuzamos számításhoz. A PXM több, mint a számítás leírásának egyik módja, ez azt a gerincet jelenti, amely megegyezést biztosít a program kifejezése és a gép által végrehajtható közös nyelvre történő lefordítása között. Olyan elemeket írunk le, amelyek lehetővé teszik a felhasználó számára programok létrehozását, és a program végrehajtásának megszervezésének módját. A program optimalizálható egy adott architektúra megcélzására a felhasználó vagy egy automatizált eszköz alapján, amely ezen a közös háttéren alapul.

Erről a projektről az oktatóanyag végén tudhat meg többet, ide kattintva további információt kaphat a DEMAC -ról, vagy ide kattintva további információt kaphat a CAPSL -ről)

2. lépés: 3D nyomtatás DEMAC

Ebben a részben útmutatót talál a többi komponenst körülvevő és strukturális támogatást nyújtó keretek 3D nyomtatásához. Még akkor is, ha Ön 3D nyomtatási mester, itt van néhány tipp, amelyet figyelembe vehet e keretek nyomtatása során. Minden keret kinyomtatható 0,4 mm -es, 0,3 vagy 0,2 réteg magasságú fúvókával (alkalmazhat adaptívot is). Mindent PLA -val kinyomtattam, de nem igazán számít, hogy más anyagokat szeretne -e használni (feltéve, hogy azok szerkezeti stabilitást biztosítanak, és tolerálják a PLA -nál magasabb vagy egyenlő hőmérsékletet).

STL fájlok:

www.thingiverse.com/thing:4493780

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

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

Tálca (Frame_01)

Nincs szükség további támogatásokra. Ez nagyon egyszerű, csak helyezze úgy, hogy a sík felület a nyomtatási felület felé nézzen.

Alaplap (keret_02)

Ez bizonyos támaszt igényelhet a középső gerendákban. Vitatkozhat azzal, hogy egy jól hangolt gép/szeletelő további támogatások nélkül képes kinyomtatni ezeket a hidakat. Kérjük, először próbáljon ki néhány híd stressz tesztet, ha alátámasztás nélkül szeretne nyomtatni, mivel az elképzelés szerint az nem igényelné őket. Másrészt az oldalsó oszlopok és a falak elegendő támogatást nyújtanak ahhoz, hogy ezeket további tartószerkezetek nélkül lehessen kinyomtatni.

Ventilátorház (Frame_03_B & Frame_03_T)

Nincs szükség további támogatásokra. Csak helyezze mindkét alkatrészt úgy, hogy a sík felület a nyomtatási felület felé nézzen.

Tápellátó ház (Frame_04)

A Frame_02 -hez hasonlóan ez is igényelhet némi támogatást a középső gerendákban. Megpróbálhatja kinyomtatni ezt az anyagot további segédanyagok nélkül is (ahogy tervezték). Az oldalsó oszlopok és a falak elegendő alátámasztást nyújtanak ahhoz, hogy további tartószerkezetek nélkül is kinyomtassák őket.

Kimeneti hűtőház (Frame_05_B & Frame_05_T)

Nincs szükség további támogatásokra. Csak helyezze mindkét alkatrészt úgy, hogy a sík felület a nyomtatási felület felé nézzen.

Lépés: Szerelje össze a DEMAC -t

Most, hogy megvan az összes szükséges alkatrész, ideje elkezdeni a fürt összeszerelését.

Ne felejtse el eltávolítani a kereteken lévő hordozóanyagot.

4. lépés: Helyezze a ventilátort a burkolatra

Egyszerűen csúsztassa a ventilátort a Frame_03_B belsejébe (a kábellel a jobb alsó sarokban), az alsó résznek bele kell illeszkednie a ventilátor helyén tartó kis ívelt falakba.

Helyezze a Frame_03_T keretet úgy, hogy a kis ívelt falak lefelé nézzenek a Frame_03_B tetejére (a ventilátorral már a helyén). Ügyeljen arra, hogy a Frame_03_T legszélesebb fedelét a Frame_03_B szélesebb (hátsó) oldalára nézze. A kereteknek kattanniuk kell, és a fedeleknek a helyükön kell tartaniuk őket.

5. lépés: Csatlakoztassa a tábla burkolatát a tápegységhez

Helyezze a Frame_02 -t a Frame_04 tetejére, e kettőt úgy tervezték, hogy összeilleszkedjenek. A Frame_02 alsó részén van egy kis horpadás, amely illeszkedik a Frame_04 tetején lévő csatlakozókhoz. Finom erőt kell kifejteni a csatlakozásukhoz.

6. lépés: Szerelje be a hűtőegységet

A Frame_03 (B&T) úgy van kialakítva, hogy összekapcsolódjon a Frame_02 -vel, helyezze a ventilátort a táblák felé (a légáramnak be kell mennie a Frame_02 -be). A Frame_02 oszlopain apró horpadások láthatók, amelyeknek meg kell egyezniük a Frame_03_B jelzésekkel. Finoman nyomja a szerkezet oldalsó felületeit, amíg a keretek kattannak.

7. lépés: Helyezze a táblákat a táblákra

A Frame_01 4 tűvel rendelkezik, amelyek megfelelnek a Parallella tábla lyukainak. A tábla könnyen illeszkedik a tálcába. A 3D-nyomtató kalibrálásától függően lehet, hogy túl nagy vagy túl kicsi, használhat egy kis folyékony szilikon ragasztót a helyükön tartásához, vagy kissé megnyomhatja néhány fogóval az átmérő csökkentése érdekében.

>> Fontos megjegyzés: Ne felejtse el elhelyezni a hűtőbordákat a táblán <<<

8. lépés: Csúsztassa az asztallapokat a táblaházba

A Frame_01 minden szinten biztosít réseket, amelyek illeszkednek a Frame_02 sínekbe. Vegye figyelembe, hogy a tábla tálcájának befogadására csak az egyik oldal van nyitva. Van egy kis ütés is, amely segít a Frame_01 helyben tartásában (őszintén szólva ezek némi javulást eredményezhetnek egy jövőbeli verzióban).

Csúsztassa mind a 4 táblát úgy, hogy a táblák már a helyükön legyenek, minden szinten 1 -et.

9. lépés: Helyezze a tápegységet a házba

Helyezze az USB -tápegységet a Frame_04 -be, az USB -portokkal kifelé. A másik oldalon egy kis nyílás található az agyat tápláló tápkábel számára.

10. lépés: Csatlakoztassa a ventilátort a hűtő tápegységhez

A ventilátort most a 12 V -os tápegységhez kell csatlakoztatni, amely energiát szolgáltat a hűtőegységnek.

>> Fontos megjegyzés: A hűtőrendszert folyamatosan működtesse, amíg a táblákat csatlakoztatja a tápegységhez <<<

11. lépés: Állítsa be az operációs rendszert

1. Töltse le az ajánlott operációs rendszert (Parabuntu) innen

A chipek két változata létezik (z7010 [P1600/P1601] és z7020 [P1602/A101040], amelyek különböző fájlokat igényelnek.

Mindkét változathoz van fej nélküli verzió (nincs grafikus felhasználói felület), és egy verzió, amely HDMI támogatást és grafikus felhasználói felületet biztosít)

Ha a HDMI kimenetet szeretné használni, ne felejtse el beszerezni a mini-HDMI kábelt.

A fej nélküli verzióval a hálózaton keresztül is csatlakozhat.

További információk és részletes magyarázat itt található a hivatalos honlapon.

Íme az operációs rendszer Linux-alapú disztribúcióval történő telepítésének lépései. Használhatja a terminálban lévő parancsokat (a $ szimbólum nélkül) a következő lépésekhez, vagy ellenőrizheti a webhely egyéb eljárásait.

2. Telepítse

- Helyezze be a micro-SD kártyát a szokásos számítógépébe- Csomagolja ki az Ubuntu képet. Módosítsa a [releasename] nevet a kép nevében.

$ gunzip -d [releasename].img.gz

3. Ellenőrizze az SD -kártya eszközútvonalát

Az SD -kártya pontos elérési útja a Linux disztribúciótól és a számítógép beállításától függ. Használja az alábbi parancsot a helyes út eléréséhez. Ha a kimenetből nem derül ki, hogy melyik a helyes út, próbálja meg a parancsot behelyezett SD -kártyával és anélkül. Az Ubuntuban a visszaadott út valami hasonló lehet: „/dev/mmcblk0p1”.

$ df -h

4. Az SD -kártya leválasztása A kártya elégetése előtt le kell szerelnie az SD -kártyák összes partícióját. Az [sd-partition-path] a „df” parancsból származik a 3. lépésben.

$ umount [sd-partition-path]

5. Írja le az Ubuntu lemezképét a micro-SD kártyán

Írja fel a képet az SD -kártyára az alábbi parancspéldában látható „dd” segédprogram segítségével. Kérjük, legyen óvatos, és győződjön meg arról, hogy helyesen adja meg az elérési utat, mivel ez a parancs visszafordíthatatlan, és felülírja az útvonalon lévő bármit! Egy példa parancs az Ubuntuban a következő lenne: "sudo dd bs = 4M if = my_release.img of//dev/mmcblk0". Kérjük, legyen türelemmel, ez a használt számítógéptől és SD -kártyától függően eltarthat egy ideig (sok percig).

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

6. Győződjön meg arról, hogy az SD -kártyára történő összes írás befejeződött

$ sync

7. Helyezze be az SD kártyát a kártya SD kártya nyílásába

12. lépés: Csatlakoztassa a táblát a tápegységhez

A miniUSB-USB-A kábellel csatlakoztassa az egyik kártyát az USB-elosztóhoz. Címkézheti a portokat és kábeleket, vagy meghatározhatja a csatlakozási sorrendet arra az esetre, ha később ki kell választania a táblát.

13. lépés: Az útválasztó beállítása

Ha a fej nélküli operációs rendszer telepítését nagy hálózaton végzi, akkor útválasztót kell használnia, és csatlakoznia kell az internethez, a Parallella táblákhoz és a számítógépéhez.

Ha nem tud csatlakozni az útválasztóhoz, akkor az alaplapot közvetlenül a számítógéphez is csatlakoztathatja az Ethernet -kábellel, ez az eljárás kissé bonyolultabb lehet, és nem tartozik ebbe az utasításba.

Miután minden csatlakoztatva van, nyissa meg az útválasztó felületét, hogy megtudja, milyen IP -címet kap alapértelmezés szerint a Parallella. Keresse meg a Hálózat feliratú lapot. Ezután keresse meg a DHCP klienslista feliratú részt. Ott látnia kell a Parallella táblát és annak IP -címét.

Ezzel az IP -címmel SSH -t vezethet be a Parallella -ba, és beállíthat egy statikus IP -címet.

14. lépés: Csatlakozás a Parallella Board -hoz SSH -val

Megjegyzés: Ebben a szakaszban az [alapértelmezett_IP] az a dinamikus IP -cím, amelyet a DHCP ügyféllistában talált.

Ellenőrizze a csatlakozást a táblához

$ ping [alapértelmezett_IP]

SSH először a táblába (az alapértelmezett jelszó párhuzamos)

$ ssh parallella@[alapértelmezett_IP]

15. lépés: A hálózat beállítása

- Gazdanév módosítása: edit /etc /hostname

Itt tetszőleges nevet rendelhet hozzá, javasoljuk a NOPA ## használatát

Ahol ## azonosítja a tábla számát (azaz 01, 02,…)

- Más táblák IP -címeinek beállítása: edit /etc /hosts

Statikus IP -cím beállítása: adja hozzá az alábbi szöveget az /etc/network/interfaces.d/eth0 fájlhoz

#Az elsődleges hálózati interfészauto eth0

iface eth0 inet static

cím 192.168.10.101 #Az IP -nek az útválasztó hatótávolságán belül kell lennie

netmaszk 255.255.255.0

átjáró 192.168.10.1 #Ez legyen az útválasztó címe

névszerver 8.8.8.8

névszerver 8.8.4.4

Miután hozzárendelte az IP -t a táblához, a paranccsal újraindíthatja a kapcsolatot

$ ifdown eth0; ifup eth0

vagy indítsa újra a táblát

16. lépés: A Keygen és a jelszó nélküli hozzáférés beállítása a táblákon

Állítson be privát nyilvános kulcspárt minden csomóponton (beleértve a fejcsomópontot is). Hozzon létre egy ideiglenes mappát, hozzon létre egy új kulcsot, és tegye azt engedélyezett kulcsgá, és adja hozzá az összes NOPA -t az ismert állomásokhoz az alábbiak szerint.

mkdir tmp_sshcd tmp_ssh ssh -keygen -f./id_rsa

#Nyomja meg kétszer az Enter billentyűt az üres jelszó beállításához és megerősítéséhez

cp id_rsa.pub engedélyezett_kulcsok

i esetén `0 0 24. do j = $ (echo $ i | awk '{printf "%02d / n", $ 0}');

ssh-keyscan NOPA $ J >> ismert_gazdák; Kész

17. lépés: Az Sshfs telepítése

- Az sshfs használata lehetővé teszi a fájlok megosztását a fürt táblái között. Futtassa a következő parancsot:

$ sudo apt -get install -y sshfs

- Biztosítékcsoport keresése / létrehozása

Ellenőrizze, hogy létezik -e biztosítékcsoport:

$ cat /etc /group | grep 'biztosíték'

Ha létezik a csoport, hajtsa végre a következő parancsot

$ bash sudo usermod -a -G biztosíték parallella

- Ha a csoport nem létezik, hozza létre és adja hozzá a felhasználót

$ sudo groupadd biztosíték

$ sudo usermod -a -G biztosíték parallella

- Szüntesse meg a user_allow_other sor megjegyzését a fuse.config fájlban

$ sudo vim /etc/fuse.conf

18. lépés: Az NFS mappa konfigurálása

- Módosítsa az /etc /fstab fájlt

$ sudo vim /etc /fstab

- Cserélje ki a tartalmat az alábbi szövegre

# [fájlrendszer] [csatolási pont] [típus] [beállítások]

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

19. lépés: Csatlakoztassa a táblát a kapcsolóhoz

Helyezze a kapcsolót a fürt alá vagy valahova a közelébe, Ethernet -kábellel csatlakoztassa a már konfigurált kártyát a kapcsolóhoz. A kapcsoló és a számítógép is csatlakoztatható az útválasztóhoz, hogy hozzáférjen a fürthöz.

Képesnek kell lennie pingre és ssh -re a táblán, amely most statikus IP -címmel csatlakozik a kapcsolóhoz.

Az IP -t és a gazdagépnevet is hozzáadhatja az /etc /hosts fájlhoz. A teljes IP -cím beírása helyett használhatja a gazdagép nevét a csatlakozáshoz.

20. lépés: Ismételje meg a 11–19. Lépést minden táblánál

Kövesse az eljárást az egyes kártyák OS és hálózatának konfigurálásához.

>> Fontos megjegyzés: Használjon különböző gazdagépneveket és IP -címeket minden táblához! A hálózaton keresztül egyedinek kell lenniük! <<<

21. lépés: Csatlakoztassa a perifériákat

Győződjön meg arról, hogy a ventilátor működik:

Győződjön meg arról, hogy a ventilátor kap áramot, és a levegő áramlik befelé a táblaházba. A kapcsolatnak stabilnak és függetlennek kell lennie más elemektől. Ne feledje, hogy a táblák túlmelegedhetnek, ha nem megfelelően hűtik.

Győződjön meg arról, hogy a táblák csatlakoztatva vannak a kapcsolóhoz:

Ezen a ponton minden egyes táblát önállóan kellett konfigurálnia. A táblákat is a kapcsolóhoz kell csatlakoztatni. A kapcsoló kézikönyvében olyan információkat kell tartalmaznia, amelyekkel ellenőrizhető, hogy az indítási folyamat megfelelően befejeződött -e, előfordulhat, hogy néhány LED jelzi az állapotot.

Csatlakoztassa a paneleket a tápegységhez:

A micro-USB-USB-A kábellel csatlakoztassa az egyes kártyákat az USB hubhoz. Címkézheti a portokat, vagy meghatározhat egy sorrendet arra az esetre, ha egyetlen táblát kell leválasztania.

22. lépés: Alkalmazzon áramot

1. A ventilátornak működnie kell.

2. A táblákat az Ethernet kapcsolóhoz kell csatlakoztatni.

3. Ellenőrizze, hogy a táblák csatlakoztatva vannak -e az USB hubhoz.

4. Tápellátás az USB -elosztón.

5. Engedélyezze a DEMAC!

6. Profit!

23. lépés: Szoftverforrások

MPI (Message Passing Interface)

Az MPI kommunikációs protokoll párhuzamos számítógépek programozására. Mind a pont-pont, mind a kollektív kommunikáció támogatott.

www.open-mpi.org/

OpenMP (Open Multi-Processing)

Az OpenMP (Open Multi-Processing) alkalmazásprogramozási felület (API) számos platformon támogatja a többplatformos megosztott memóriájú többprocesszoros programozást C, C ++ és Fortran rendszerekben. Fordítói irányelvekből, könyvtári rutinokból és környezeti változókból áll, amelyek befolyásolják a futásidejű viselkedést.

www.openmp.org/

Párhuzamos szoftver

A fejlesztők nyílt forráskódú szoftverköteget biztosítanak, beleértve egy SDK-t a gyorsítóval való interfészhez.

www.parallella.org/software/

Kézikönyveket és részletesebb információkat is talál.

GitHub adattáraik is vannak:

github.com/parallella

Nyugodtan töltsön le és futtasson néhány példát, az egyik kedvencem a híres Conway életjátékán alapuló életjáték.

Jogi nyilatkozat: A definíciók másolhatók a wikipédiából