Mikä on klusteri?

Monet ihmiset vain käyttävät tietokonetta sähköpostin ja sosiaalisen median tarkistamiseen ja toimistotehtävien suorittamiseen. Jos tämä on työmääräsi, et tarvitse paljon prosessointitehoa. Ohut ja kevyt kannettava tietokone pystyy käsittelemään käsittelytarpeesi nopeasti. Näissä laitteissa voi olla prosessoreita, jotka vaativat niin vähän tehoa, että ne eivät tarvitse edes tuuletinta aktiiviseen jäähdytykseen. Monet työmäärät tarvitsevat kuitenkin enemmän tehoa.

Esimerkiksi pelitietokoneissa on yleensä paljon enemmän jäähdytystä suorittimelle, erityisesti GPU:lle, koska ne tarvitsevat enemmän tehoa ja siten enemmän jäähdytystä. Muut tehtävät vaativat vielä enemmän prosessointitehoa, mikä saattaa vaatia huomattavasti enemmän prosessointitehoa kuin mahtuu jättimäiseen tietokonekoteloon.

Laajojen käsittelyvaatimusten käsittelemiseksi on olemassa muutamia vaihtoehtoja. Kaikki laitteistot voidaan yhdistää mahdollisimman tiiviisti yhteen supertietokoneen luomiseksi. Jos työmäärä on riittävän selkeä, voit suorittaa "grid computing", jossa eri tietokoneille jaetaan tehtäviä ja sitten palautetaan tulos. Supertietokoneet ovat erittäin kalliita rakentaa ja käyttää, ja ne vaativat erikoistuneita tai jopa räätälöityjä ohjelmistoja hyödyntääkseen niiden teoreettista suorituskykyä.

Erityisesti ennakkokustannukset ovat merkittävät, koska niitä voi olla melko vaikea päivittää ajan myötä pitkälle integroidun luonteen ansiosta. Grid-laskenta on paljon halvempaa, mutta toimii hyvin vain tietyissä työkuormissa ja sen suorituskykyä rajoittaa käytettävissä oleva laitteisto. Esimerkiksi puolen tusinan ohuen ja kevyen kannettavan tietokoneen ruudukko ei auta.

Klusterit keskimaahan

Keskitie on klusterilaskenta. Tietokoneklusterissa on useita eri tietokoneita, jotka on yhdistetty paikallisesti nopealla verkkoyhteydellä, ja niitä voidaan hallita ryhmänä. Klusteriarkkitehtuurilla on monia etuja. Voit esimerkiksi lisätä tietokoneita klusteriin, jos tarvitset enemmän prosessointitehoa. Erilaiset tietokoneet lisäävät myös vikasietoisuutta, sillä yksi kaatuva tietokone ei kaada koko ryhmää; se vain vähentää sen prosessointitehoa.

Ylivoimaisen hallintapaketin käyttäminen mahdollistaa koko klusterin hallinnan kerralla tai yksittäisten laitteiden kohdistamisen. Tämä voi olla hyödyllistä minimoida päällekkäiset työnkulut useissa tietokoneissa, mutta ei poista mahdollisuutta päivittää klusteria osittaisesti vakauden varmistamiseksi. Hallintapaketti ei voi hajottaa joitakin ongelmia, joita ei voida rinnastaa. Koko klusterin ja sen suorituskyvyn kattavan yleiskuvan ansiosta se voi kuitenkin hallita työkuormaa paremmin kuin ruudukko pystyy.

Toinen klusterien etu on, että niiden perustamiskustannukset voivat olla suhteellisen alhaiset. Tavallisesti hyödykelaitteisto hankitaan nimenomaan tätä tarkoitusta varten. Mahdollisuus ostaa tavallinen tietokone tai palvelin ja lisätä se klusteriin tarkoittaa, että erikoislaitteistoista ei aiheudu erityisiä lisäkustannuksia. Voit myös kuluttaa niin paljon kuin budjetti sallii ja lisätä esimerkiksi seuraavan vuosineljänneksen aikana.

Päivitysjaksoissa ei edes välttämättä tarvitse lisätä identtisiä laitteita. Uudempia malleja, joissa on enemmän prosessointitehoa, voidaan asentaa. Tämä voidaan tehdä myös ilman, että vanhoja malleja tarvitsee vaihtaa. Tämä lähestymistapa tarkoittaa, että sinun ei tarvitse vaihtaa kaikkia laitteita joka päivitysjaksolla. Muutaman jakson jälkeen saattaa kuitenkin olla kannattavaa vaihtaa vanhemmat mallit uuteen. Vanhemmat mallit ovat vähemmän energiatehokkaita ja vähemmän tehokkaita.

Mihin klustereita käytetään?

Tietokoneklustereita voidaan käyttää moniin tehtäviin, ja niiden taito riippuu laitteistosta. Esimerkiksi ryhmä Raspberry Pi -tietokoneita voitaisiin klusteroida toimimaan pienenä verkko- tai tiedostopalvelimena. Yleisempiä sovelluksia olisivat suuret datakeskukset, jotka työskentelevät tai käsittelevät liike- tai tieteellistä työtaakkaa. Siellä on myös keskiteitä. Esimerkiksi muutamasta pöytätietokoneesta koostuva renderöintitila on myös tietokoneklusteri.

Jotkut supertietokoneet TOP500 nopeimpien supertietokoneiden luettelossa ovat tietokoneklustereita. Japanin K-tietokone on yksi esimerkki.

Johtopäätös

Klusteritietokone on useiden tietokoneiden ryhmä yhdessä lähiverkossa. Klusterin solmut on suunniteltu toimimaan yhdessä hajautettujen työkuormien käsittelemiseksi. Klusteritietokoneet eroavat integroidummista monoliittisista supertietokoneista. Ne voidaan kuitenkin luokitella myös supertietokoneiksi, kun ne ovat riittävän tehokkaita. Klusterilaskenta eroaa myös grid-laskennasta, joka hyödyntää maantieteellisesti hajautettua laskentatehoa. Klusterilaskenta tarjoaa korkean käytettävyyden, skaalautuvuuden ja hallintaetuja verrattuna joihinkin tehokkaan tietojenkäsittelyn vaihtoehtoihin. Mitkä ovat ajatuksesi? Kerro minulle kommenteissa.