DEMAC, 3D drukāts modulārais Beovulfas klasteris: 23 soļi (ar attēliem)

2024 Autors: John Day | [email protected]. Pēdējoreiz modificēts: 2024-01-30 10:53

Augstas veiktspējas skaitļošana (HPC) ir spēja apstrādāt datus un veikt sarežģītus aprēķinus lielā ātrumā, tā ir "superdatoru" pielietošana skaitļošanas problēmām, kas vai nu ir pārāk lielas standarta datoriem, vai arī to pabeigšana prasītu pārāk ilgu laiku. Top500 ir saraksts, kas tiek publicēts divas reizes gadā, un tas ir viens no ātrākajiem un jaudīgākajiem datoriem pasaulē. Valstis un lielas organizācijas tērē miljoniem resursu, lai šīs sistēmas darbotos, lai zinātnieks varētu izmantot jaunākās tehnoloģijas un atrisināt sarežģītas problēmas.

Pirms daudziem gadiem datori uzlaboja savu veiktspēju, palielinot procesora ātrumu. Kad mēs saskārāmies ar šāda veida pieejas palēnināšanos, izstrādātāji nolēma, ka, lai turpinātu palielināt datoru veiktspēju, vairāki kodoli (vai skaitļošanas vienības) ir jāiepako kopā. Vairāku skaitļošanas resursu un šo resursu kontroles mehānismu apkopošanu mēs saucam par "paralēlismu" datorzinātnēs. Vairāku kodolu veikšana, veicot vairākus uzdevumus, izklausās kā laba pieeja datora veiktspējas uzlabošanai … bet tas paver lielu jautājumu: kā mēs efektīvāk izmantojam šos resursus?

Šie jautājumi ir aizturējuši datorzinātnieku, ir vairāki veidi, kā pateikt datoram, kā rīkoties, un vēl vairāk ir veids, kā pateikt vairākiem datoriem, kā rīkoties. Šī projekta mērķis ir izstrādāt pieejamu platformu, kurā ikviens var eksperimentēt ar ļoti paralēlu mašīnu, pārbaudīt esošos modeļus, lai tos varētu izmantot savos projektos, izstrādāt jaunus un radošus veidus, kā atrisināt skaitļošanas problēmas vai vienkārši izmantot to kā veidu, kā mācīt citiem par datoriem. Mēs ceram, ka jums patiks strādāt ar DEMAC tikpat daudz, cik mums ir.

DEMAC

Delavēras moduļu montāžas klasteris (DEMAC) ir paplašināms iegulto sistēmu (kartes izmēra datoru) klāsts un 3D drukātu rāmju komplekts, lai aptvertu plates un papildu aparatūru, kas nodrošina barošanu, dzesēšanu un piekļuvi tīklam.

Katra ierīce vai iegultā sistēma ir mazs dators, Parallella Board, kas apvieno divkodolu ARM procesora, 16 kodolu kopprocesora, ko sauc par Epiphany, un iegultās FPGA resursus ar pilnīgu atvērtā koda kaudzes elastību. Stiprinājums ir mājās izgatavots 3D drukāts rāmis, kas nodrošina zemu izmaksu ieviešanu un palielināmu struktūru. Tas ir paredzēts, lai ietilptu 4 standarta izmēra statīva vienībās (piemēram, datora serveru telpās).

Šajā pamācībā ietilpst:

- Nepieciešamo materiālu saraksts

- Norādījumi rāmju 3D drukāšanai

- Instrukcijas detaļu salikšanai un pievienošanai

- ceļvedis nepieciešamās programmatūras lejupielādēšanai un instalēšanai

- Apraksts par to, kā izveidot savienojumu un sadarboties ar kopu

- A "Kāpēc mēs to darām?" sadaļu

Kas mēs esam?

Mēs esam CAPSL (datoru arhitektūra un paralēlā laboratorija) no Delavēras universitātes. Mēs uzskatām, ka skaitļošanas nākotnei vajadzētu būt stingrai datu plūsmas teorijas bāzei (ko, ja jūs interesē, mēs paskaidrosim vēlāk šajā pamācībā).

Piegādes

Šajā sarakstā ir aprakstīti materiāli, kas nepieciešami četru dēļu kopas izveidošanai

- 4 Parallella dēļi (tos varat iegūt no DigiKey vai citiem pārdevējiem, vairāk informācijas varat atrast viņu vietnē

-4 micro-SD kartes ar vismaz 16 GB (šeit ir ļoti lēts 10 iepakojums vai kaut kas līdzīgs šīm elastīgākajām kombinācijām)

- 4 mikro-USB kabeļi, kuru garums ir vismaz 30 cm (1 pēda) (es iesaku šos)

- USB lādētājs [ar vismaz 4 A tipa portiem] (es iesaku šo ar 6 portiem vai vienu ar tādu pašu formas koeficientu, jo barošanas korpuss ir tam paredzēts)

- Dzesēšanas ventilators [maksimālais izmērs 100 mm x 100 mm x 15 mm] (es iesaku šo, jo tas ir lēts un darbojas, bet citi ar līdzīgu izmēru un kabeļa konfigurāciju darbojas)

- Barošanas avots dzesēšanas ventilatoram (ja jūsu konfigurācija ir paredzēta vairāk nekā 8 plāksnēm, es iesaku šo vai kaut ko līdzīgu [AC 100 V/ 240 V līdz DC 12 V 10 A 120 W], kuram ir jauks metāla korpuss un kuru var arī piestiprināt uz slēdzi) (ja pievienosit tikai divus ventilatorus vai mazāk, varat izmantot jebkuru 12 V spriegumu ar vismaz 1 A izejas barošanas avotu)

- 5 Ethernet kabeļi (4 var būt šādi īsi, atkarībā no attāluma no slēdža līdz paneļiem, un vienam jābūt pietiekami garam, lai savienotu slēdzi ar datoru vai modemu, lai piekļūtu klasteru tīklam)

>> Svarīga piezīme: Nepieciešama dzesēšanas sistēma, pretējā gadījumā dēļi var pārkarst! <<<

3D drukātas detaļas

- 4 dēļu paplātes (Frame_01)

- 1 dēļa korpuss (Frame_02)

- 1 ventilatora korpuss (Frame_03_B & Frame_03_T)

- 1 barošanas korpuss (Frame_04)

1. darbība. Par DEMAC

DEMAC ir daļa no plašāka attēla, elastīgas un paplašināmas platformas, kas ļauj mums izstrādāt un pārbaudīt jaunus programmēšanas izpildes modeļus (PXM) paralēlai aprēķināšanai. PXM ir vairāk nekā veids, kā aprakstīt aprēķinus, tas ir mugurkauls, kas nodrošina vienošanos starp programmas izpausmes veidu un to, kā tā tiek tulkota kopējā valodā, kuru var izpildīt mašīna. Mēs aprakstām elementu kopumu, kas ļauj lietotājam ģenerēt programmas un veidu, kā organizēt programmas izpildi. Programmu var optimizēt, lai lietotājs atlasītu konkrētu arhitektūru vai automatizētu rīku, pamatojoties uz šo kopējo pieredzi.

Jūs varat uzzināt vairāk par šo projektu šīs pamācības beigās, varat arī noklikšķināt šeit, lai iegūtu vairāk informācijas par DEMAC, vai šeit, lai iegūtu vairāk informācijas par CAPSL)

2. darbība: 3D drukāšana DEMAC

Šajā sadaļā varat atrast ceļvedi, kā 3D drukāt rāmjus, kas aptver pārējās sastāvdaļas un nodrošina strukturālu atbalstu. Pat ja esat 3D drukas meistars, šeit ir daži padomi, kurus varat ņemt vērā, drukājot šos rāmjus. Visus rāmjus var izdrukāt, izmantojot 0,4 mm sprauslu ar 0,3 vai 0,2 slāņa augstumu (varat izmantot arī adaptīvo). Es drukāju visu, izmantojot PLA, taču nav īsti svarīgi, vai vēlaties izmantot citus materiālus (ja vien tie nodrošina strukturālu stabilitāti un var paciest augstākas vai vienādas temperatūras nekā PLA).

STL faili:

www.thingiverse.com/thing:4493780

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

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

Dēļu paplāte (Frame_01)

Nav nepieciešami papildu balsti. Šis ir diezgan vienkāršs, vienkārši novietojiet to ar līdzenu virsmu pret drukas virsmu.

Dēļa korpuss (Frame_02)

Tam var būt nepieciešams atbalsts vidējās sijas. Jūs varat apgalvot, ka labi noregulēta mašīna/šķēlējs var izdrukāt šos tiltus bez papildu atbalsta. Lūdzu, vispirms izmēģiniet dažus tilta stresa testus, ja vēlaties drukāt bez balstiem, jo bija doma, ka tie nav nepieciešami. No otras puses, kolonnas sānu un sienas nodrošina pietiekamu atbalstu, lai tās drukātu bez papildu atbalsta konstrukcijām.

Ventilatora korpuss (Frame_03_B & Frame_03_T)

Nav nepieciešami papildu balsti. Vienkārši novietojiet abas daļas ar plakanu virsmu, kas vērsta uz drukas virsmu.

Barošanas korpuss (Frame_04)

Līdzīgi kā Frame_02, arī šim var būt nepieciešams atbalsts vidējās sijas. Varat arī mēģināt šo izdrukāt bez papildu atbalsta materiāla (kā tas bija paredzēts). Sānu un sienu kolonnas nodrošina pietiekamu atbalstu, lai tās drukātu bez papildu atbalsta konstrukcijām.

Izejas dzesēšanas korpuss (Frame_05_B & Frame_05_T)

Nav nepieciešami papildu balsti. Vienkārši novietojiet abas daļas ar plakanu virsmu, kas vērsta uz drukas virsmu.

3. darbība: samontējiet DEMAC

Tagad, kad jums ir visas nepieciešamās detaļas, ir laiks sākt kopas montāžu.

Neaizmirstiet noņemt atbalsta materiālu, kas varētu būt uz rāmjiem.

4. solis: novietojiet ventilatoru uz korpusa

Vienkārši iebīdiet ventilatoru Frame_03_B iekšpusē (ar kabeli labajā apakšējā stūrī), apakšējai daļai vajadzētu ietilpt mazajās izliektajās sienās, kas tur ventilatoru vietā.

Novietojiet Frame_03_T ar mazajām izliektajām sienām uz leju Frame_03_B augšpusē (ar ventilatoru jau vietā). Uzmanieties, lai platākais Frame_03_T vāks būtu vērsts pret Frame_03_B platāko (aizmugurējo) virsmu. Rāmjiem vajadzētu noklikšķināt, un vākiem vajadzētu turēt tos vietā.

5. solis: savienojiet dēļa korpusu ar barošanas korpusu

Novietojiet Frame_02 uz Frame_04, šie divi ir paredzēti, lai saspiestos kopā. Frame_02 apakšējā daļā ir neliels iegriezums, kas atbilst savienotājiem Frame_04 augšpusē. Pielietojiet maigu spēku, lai tos savienotu.

6. darbība: uzstādiet dzesēšanas bloku

Frame_03 (B&T) ir paredzēti saspiešanai kopā ar Frame_02, novietojiet ventilatoru pret plāksnēm (gaisa plūsmai jāietilpst Frame_02 iekšpusē). Frame_02 kolonnās ir nelieli iespiedumi, kuriem jāatbilst Frame_03_B atzīmēm. Viegli spiediet uz konstrukcijas sānu virsmām, līdz rāmji noklikšķ.

7. solis: novietojiet dēļus uz dēļu paplātēm

Frame_01 ir 4 tapas, kas atbilst Parallella dēļa caurumiem. Dēlis viegli jāiekļaujas paplātē. Atkarībā no jūsu 3D printera kalibrēšanas tie var būt pārāk lieli vai pārāk mazi, varat izmantot nedaudz šķidras silikona līmes, lai tos noturētu vietā, vai nedaudz piespiest ar dažām knaiblēm, lai samazinātu diametru.

>> Svarīga piezīme: neaizmirstiet novietot siltuma izlietnes uz tāfeles <<<

8. solis: bīdiet tāfeles paplātes korpusā

Frame_01 nodrošina slotus, kas iekļaujas Frame_02 sliedēs katram līmenim. Ņemiet vērā, ka tāfeles paņemšanai ir atvērta tikai viena puse. Ir arī neliels trieciens, kas palīdz saglabāt Frame_01 vietā (godīgi sakot, tie varētu izmantot dažus uzlabojumus nākamajā versijā).

Pabīdiet visas 4 dēļu paplātes, kad dēļi jau ir ievietoti, pa 1 katrā līmenī.

9. darbība: ievietojiet barošanas bloku barošanas korpusa iekšpusē

Ievietojiet USB barošanas bloku Frame_04 iekšpusē ar USB portiem uz āru. Otrā pusē ir neliela atvere barošanas kabelim, kas baro rumbu.

10. solis: pievienojiet ventilatoru dzesēšanas barošanas avotam

Tagad ventilators jāpievieno 12 V barošanas avotam, kas nodrošina enerģiju dzesēšanas iekārtai.

>> Svarīga piezīme: Turiet dzesēšanas sistēmu visu laiku, kamēr plāksnes ir pievienotas barošanas avotam <<<

11. darbība. OS konfigurēšana

1. Lejupielādējiet ieteicamo OS (Parabuntu) šeit

Ir divas mikroshēmu versijas (z7010 [P1600/P1601] un z7020 [P1602/A101040], kurām nepieciešami dažādi faili.

Abām versijām ir versija bez galvas (bez grafiskas lietotāja saskarnes) un versija, kas nodrošina HDMI atbalstu un grafisku lietotāja interfeisu)

Ja vēlaties izmantot HDMI izeju, neaizmirstiet iegūt mini-HDMI kabeli.

Jūs varat saskarties ar versiju bez galvas, izmantojot tīklu.

Plašāku informāciju un sīkāku skaidrojumu var atrast šeit oficiālajā tīmekļa vietnē.

Šeit ir norādītas darbības, lai instalētu operētājsistēmu, izmantojot Linux izplatīšanu. Turpmākajās darbībās varat izmantot komandas terminālī (bez simbola $) vai pārbaudīt citas procedūras vietnē.

2. Instalējiet

- Ievietojiet micro-SD karti savā parastajā datorā.- Izsaiņojiet Ubuntu attēlu. Mainiet attēla nosaukuma [relasename].

$ gunzip -d [izlaiduma nosaukums].img.gz

3. Pārbaudiet SD kartes ierīces ceļu

Precīzs ierīces ceļš uz jūsu SD karti ir atkarīgs no jūsu Linux izplatīšanas un datora iestatījumiem. Izmantojiet zemāk esošo komandu, lai iegūtu pareizo ceļu. Ja no izvades nav skaidrs, kurš ceļš ir pareizais, izmēģiniet komandu ar ievietotu SD karti un bez tās. Ubuntu atgrieztais ceļš varētu būt kaut kas līdzīgs “/dev/mmcblk0p1”.

$ df -h

4. Atvienojiet SD karti Pirms kartes ierakstīšanas jums būs jāatvieno visi SD karšu nodalījumi. [Sd-partition-path] nāk no komandas “df” 3. darbībā.

$ umount [sd-partition-path]

5. Ierakstiet Ubuntu diska attēlu mikro-SD kartē

Ierakstiet attēlu SD kartē, izmantojot utilītu “dd”, kas parādīta zemāk esošajā komandu piemērā. Lūdzu, esiet uzmanīgi un noteikti norādiet ceļu pareizi, jo šī komanda ir neatgriezeniska un pārrakstīs visu, kas atrodas ceļā! Piemērs komandai Ubuntu būtu šāds: “sudo dd bs = 4M if = my_release.img of =/dev/mmcblk0”. Lūdzu, esiet pacietīgs, tas var aizņemt kādu laiku (daudzas minūtes) atkarībā no izmantotā datora un SD kartes.

$ sudo dd bs = 4M, ja = [izlaiduma nosaukums].img no = [sd-partition-path]

6. Pārliecinieties, ka visi ierakstījumi SD kartē ir pabeigti

$ sync

7. Ievietojiet SD karti plāksnes SD kartes slotā

12. darbība: pievienojiet plati barošanas avotam

Izmantojiet miniUSB līdz USB-A kabeli, lai savienotu vienu no paneļiem ar USB centrmezglu. Varat marķēt portus un kabeļus vai noteikt savienojumu secību, ja vēlāk ir jāatvieno tāfele.

13. darbība: maršrutētāja iestatīšana

Ja veicat OS instalēšanu bez galvas, kamēr atrodaties lielā tīklā, jums būs jāizmanto maršrutētājs un jāpievieno tas internetam, Parallella dēļiem un personālajam datoram.

Ja nevarat izveidot savienojumu ar maršrutētāju, varat arī pieslēgt plati tieši datoram, izmantojot Ethernet kabeli, šī procedūra var būt nedaudz sarežģītāka un uz to neattiecas šī pamācība.

Kad viss ir savienots, atveriet maršrutētāja saskarni, lai uzzinātu, kāda IP adrese pēc noklusējuma tiek piešķirta jūsu Parallella. Atrodiet cilni ar uzrakstu Tīkls. Pēc tam atrodiet sadaļu ar nosaukumu DHCP klientu saraksts. Tur jums vajadzētu redzēt savu Parallella dēli un tā IP adresi.

Ar šo IP adresi jūs varat SSH iekļūt Parallella un iestatīt statisku IP adresi.

14. darbība. Savienojuma izveide ar Parallella Board ar SSH

Piezīme. Šajā sadaļā [noklusējuma_IP] ir dinamiskā IP adrese, kuru atradāt DHCP klientu sarakstā.

Pārbaudiet savienojumu ar paneli

$ ping [noklusējuma_IP]

Pirmo reizi SSH iekļūst panelī (noklusējuma parole ir paralēla)

$ ssh parallella@[noklusējuma_IP]

15. darbība: tīkla iestatīšana

- Mainīt resursdatora nosaukumu: rediģēt /etc /hostname

Šeit jūs varat piešķirt jebkuru vēlamo vārdu, iesakām izmantot NOPA ##

Kur ## norāda tāfeles numuru (t.i., 01, 02,…)

- Iestatiet citu dēļu IP adreses: rediģējiet /etc /hosts

Iestatiet statisku IP adresi: pievienojiet zemāk esošo tekstu vietnei /etc/network/interfaces.d/eth0

#Pirmā tīkla saskarneauto eth0

iface eth0 inet statisks

adresei 192.168.10.101 #IP jābūt maršrutētāja diapazonā

tīkla maska 255.255.255.0

vārteja 192.168.10.1 #Šai vajadzētu būt maršrutētāja adresei

vārda serveris 8.8.8.8

vārda serveris 8.8.4.4

Kad esat piešķīris IP pie tāfeles, varat atsākt savienojumu ar komandu

$ ifdown eth0; ifup eth0

vai pārstartējiet dēli

16. darbība: iestatiet taustiņu Keygen un piekļuvi bez parolēm

Izveidojiet privātu publisko atslēgu pāri katrā mezglā (ieskaitot galveno mezglu). Izveidojiet pagaidu mapi, ģenerējiet jaunu atslēgu un padariet to par autorizētu atslēgu un pievienojiet visus NOPA zināmajiem resursdatoriem, kā parādīts zemāk.

mkdir tmp_sshcd tmp_ssh ssh -keygen -f./id_rsa

#Divreiz nospiediet taustiņu Enter, lai iestatītu un apstiprinātu tukšu paroli

cp id_rsa.pub Author_keys

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

ssh-keyscan NOPA $ J >> zināms_hosts; darīts

17. darbība: Sshfs instalēšana

- Izmantojot sshfs, varat koplietot failus starp kopas dēļiem. Palaidiet šādu komandu:

$ sudo apt -get install -y sshfs

- Drošinātāju grupas pārbaude / izveide

Pārbaudiet, vai drošinātāju grupa pastāv:

$ cat /etc /group | grep 'drošinātājs'

Ja grupa pastāv, izpildiet šādu komandu

$ bash sudo usermod -a -G drošinātājs parallella

- Ja grupa neeksistē, izveidojiet to un pievienojiet tai lietotāju

$ sudo group pievienojiet drošinātāju

$ sudo usermod -a -G drošinātājs parallella

- Noņemiet komentāru rindā user_allow_other failā fuse.config

$ sudo vim /etc/fuse.conf

18. darbība: konfigurējiet NFS mapi

- Mainiet failu /etc /fstab

$ sudo vim /etc /fstab

- Aizstājiet saturu ar zemāk redzamo tekstu

# [failu sistēma] [pievienošanas punkts] [tips] [opcijas]

sshfs#parallella@NOPA01:/home/parallella/DEMAC_nfs/home/parallella/DEMAC_nfs drošinātāju komentārs = sshfs, noauto, lietotāji, exec, rw, uid = 1000, gid = 1000, allow_other, reconnect, transform_symlinks, BatchMode = jā, nonempty, _netdev, identityfile =/home/parallella/.ssh/id_rsa, default_permissions 0 0

19. solis: savienojiet paneli ar slēdzi

Novietojiet slēdzi zem kopas vai kaut kur tuvumā, izmantojiet Ethernet kabeļus, lai savienotu slēdzi jau konfigurēto plāksni. Varat arī savienot slēdzi un datoru ar maršrutētāju, lai piekļūtu kopai.

Jums vajadzētu būt iespējai pingēt un ssh iekļaut valdē, kas tagad ir savienota ar slēdzi ar statisku IP.

IP un saimniekdatora nosaukumu varat pievienot arī savam /etc /hosts failam. Lai izveidotu savienojumu, jūs varēsit izmantot resursdatora nosaukumu, nevis ievadīt visu IP adresi.

20. solis: Atkārtojiet 11. līdz 19. darbību katrai tāfelei

Izpildiet procedūru, lai konfigurētu OS un tīklu katrai platei.

>> Svarīga piezīme: katrai tāfelei izmantojiet dažādus saimniekdatorus un IP! Tīklam tiem jābūt unikāliem! <<<

21. solis: pievienojiet perifērijas ierīces

Pārliecinieties, vai ventilators darbojas:

Pārliecinieties, vai ventilators saņem enerģiju un gaisa plūsma iekļūst plātnes korpusā. Savienojumam jābūt stabilam un neatkarīgam no citiem elementiem. Atcerieties, ka dēļi var pārkarst, ja tie nav pareizi atdzesēti.

Pārliecinieties, vai dēļi ir pievienoti slēdzim:

Šajā brīdī jums vajadzēja konfigurēt katru dēli neatkarīgi. Plāksnes arī jāpievieno slēdzim. Slēdža rokasgrāmatā jāsniedz informācija, ko var izmantot, lai pārbaudītu, vai palaišanas process ir pabeigts pareizi, iespējams, ir dažas gaismas diodes, kas norāda statusu.

Pievienojiet plāksnes barošanas avotam:

Izmantojiet mikro-USB – USB-A kabeli, lai savienotu katru plāksni ar USB centrmezglu. Varat marķēt portus vai noteikt pasūtījumu gadījumam, ja jums ir jāatvieno viena plāksne.

22. solis: pielietojiet jaudu

1. Ventilatoram vajadzētu strādāt.

2. Plātnēm jābūt savienotām ar Ethernet slēdzi.

3. Pārbaudiet, vai plates ir pievienotas USB centrmezglam.

4. Nodrošiniet barošanu USB centrmezglam.

5. Iespējot DEMAC!

6. Peļņa!

23. darbība. Programmatūras resursi

MPI (ziņojumu nodošanas saskarne)

MPI ir sakaru protokols paralēlu datoru programmēšanai. Tiek atbalstīta gan tieša, gan kolektīva komunikācija.

www.open-mpi.org/

OpenMP (Open Multi-Processing)

Lietojumprogrammu programmēšanas saskarne (API) OpenMP (Open Multi-Processing) atbalsta daudzplatformu koplietojamās atmiņas daudzprocesuālo programmēšanu C, C ++ un Fortran daudzās platformās. Tas sastāv no kompilatora direktīvu kopuma, bibliotēku rutīnas un vides mainīgajiem, kas ietekmē izpildlaika uzvedību.

www.openmp.org/

Parallella programmatūra

Izstrādātāji nodrošina atvērtā pirmkoda programmatūras kaudzi, ieskaitot SDK, lai izveidotu saskarni ar paātrinātāju.

www.parallella.org/software/

Jūs varat arī atrast rokasgrāmatas un sīkāku informāciju.

Viņiem ir arī GitHub krātuves:

github.com/parallella

Jūtieties brīvi lejupielādēt un palaist dažus piemērus, viens no maniem favorītiem ir dzīves spēle, kuras pamatā ir slavenā Konveja dzīves spēle.

Atruna: definīcijas var tikt kopētas no wikipedia