DEMAC, אשכול מודולרי של Beowulf מודפס בתלת -ממד: 23 שלבים (עם תמונות)

2025 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2025-01-23 14:46

מחשוב ביצועים גבוהים (HPC) הוא היכולת לעבד נתונים ולבצע חישובים מורכבים במהירויות גבוהות, היא יישום של "מחשבי על" לבעיות חישוב גדולות מדי עבור מחשבים סטנדרטיים או שייקח יותר מדי זמן עד להשלמתן. Top500 היא רשימה, המתפרסמת פעמיים בשנה, ומדרגת כמה מהמחשבים המהירים והחזקים ביותר בעולם. מדינות וארגונים גדולים מוציאים מיליוני משאבים על מנת שהמערכות האלה יהיו פועלות למדען כדי למנף את הטכנולוגיה החדישה ביותר ולפתור בעיות מורכבות.

לפני שנים, מחשבים נהגו לשפר את הביצועים שלהם על ידי הגדלת מהירות המעבד. לאחר שעמדנו בפני האטה בגישה מסוג זה, מפתחים החליטו כי כדי להמשיך ולהגדיל את ביצועי המחשבים, יש לארוז מספר ליבות (או יחידות חישוביות) יחד. צבירת משאבי החישוב המרובים והמנגנונים לשליטה במשאבים אלה היא מה שאנו מכנים "מקביליות" במדעי המחשב. ריבוי ליבות לביצוע משימות מרובות נשמע כמו גישה טובה לשיפור הביצועים של מחשב … אך, הדבר פותח שאלה גדולה: כיצד נשתמש במשאבים אלה ביעילות רבה יותר?

שאלות אלו העסיקו את מדעי המחשב, ישנן מספר דרכים לספר למחשב כיצד לעשות דברים, וישנן דרכים רבות יותר לספר למחשבים רבים כיצד לבצע דברים. פרויקט זה נועד לפתח פלטפורמה במחירים סבירים שבה כל אחד יכול להתנסות במכונה מקבילה ביותר, לבדוק מודלים קיימים ליישום בפרויקטים שלך, לפתח דרכים חדשות ויצירתיות לפתרון בעיות חישוביות או פשוט להשתמש בה כדרך ללמד אחרים על מחשבים. אנו מקווים שתוכל ליהנות מהעבודה עם DEMAC ככל שיש לנו.

DEMAC

אשכול ההרכבה המודולרי של דלאוור (DEMAC) הוא מערך הניתן להרחבה של מערכות משובצות (מחשבים בגודל כרטיס) ומערך מסגרות תלת -ממדיות העוטפות את הלוחות וחומרה נוספת המספקת חשמל, קירור וגישה לרשת.

כל מכשיר או מערכת משובצת הינם מחשב קטן, לוח מקבילי המשלב את המשאבים של מעבד ARM כפול ליבות, מעבד 16 ליבות בשם Epiphany ו- FPGA מוטבע עם הגמישות של ערימת קוד פתוח מלאה. ההרכבה היא מסגרת תלת-ממדית תוצרת בית המאפשרת יישום בעלות נמוכה ומבנה הסלמה. הוא נועד להתאים 4 יחידות של מתלה בגודל סטנדרטי (כמו אלה שאתה מוצא בחדרי שרתי מחשבים).

מדריך זה כולל:

- רשימת החומרים הנדרשים

- הוראות להדפסה של המסגרות בתלת מימד

- הוראות להרכיב ולחבר את החלקים

- מדריך להורדה והתקנה של התוכנה הנדרשת

- תיאור של אופן החיבור ואינטראקציה עם האשכול

- "למה אנחנו עושים את זה?" סָעִיף

מי אנחנו?

אנו CAPSL (אדריכלות מחשבים ומעבדה מקבילה), מאוניברסיטת דלאוור. אנו מאמינים שעתיד החישוב צריך להיות בסיס חזק בתיאוריה של Dataflow (שאותו נסביר בהמשך ההוראה אם אתה מעוניין בכך).

אספקה

רשימה זו מתארת את החומרים הנדרשים לבניית אשכול בעל 4 לוחות

- 4 לוחות מקבילי (אתה יכול להשיג אותם מ- DigiKey או מספקים אחרים, אתה יכול למצוא מידע נוסף באתר שלהם

-4 כרטיסי מיקרו SD עם לפחות 16 ג'יגה-בתים (הנה מארז 10 זול מאוד או משהו כמו שילובים גמישים יותר)

- 4 כבלי מיקרו-USB באורך 30 ס מ (אני ממליץ על אלה)

- מטען USB [עם לפחות 4 יציאות מסוג A] (אני ממליץ על זה עם 6 יציאות, או אחד עם אותו גורם צורה, שכן מארז החשמל מיועד לכך)

- מאוורר קירור [גודל מקסימלי 100 מ"מ x 100 מ"מ x 15 מ"מ] (אני ממליץ על זה מכיוון שהוא זול ועובד, אך אחרים עם גודל דומה ותצורת כבלים עובדת)

- ספק כוח למאוורר קירור (אם התצורה שלך מיועדת ליותר מ -8 לוחות אני ממליץ על זה או משהו דומה [AC 100 V/ 240 V ל- DC 12 V 10 A 120 W] שיש לו מעטפת מתכת נחמדה וניתן גם לחבר אותו למתג) (אם אתה רוצה לחבר רק שני מאווררים או פחות אתה יכול להשתמש בכל 12 וולט עם ספק כוח פלט אחד לפחות שיש לך)

- 5 כבלי אתרנט (4 יכולים להיות קצרים כאלה, בהתאם למרחק מהמתג ללוחות, ואחד צריך להיות ארוך מספיק כדי לחבר את המתג למחשב או למודם כדי לגשת לרשת האשכול)

>> הערה חשובה: יש צורך במערכת קירור, אחרת הלוחות עלולים להתחמם יתר על המידה! <<<

חלקים מודפסים בתלת מימד

- 4 מגשי לוח (Frame_01)

- מעטפת לוח אחת (Frame_02)

- מעטפת מאוורר אחת (Frame_03_B & Frame_03_T)

- מעטפת חשמל אחת (Frame_04)

שלב 1: אודות DEMAC

DEMAC הוא חלק מתמונה גדולה יותר, פלטפורמה גמישה וניתנת להדרגה המאפשרת לנו לפתח ולבדוק מודלים חדשים לביצוע תכנות (PXM) לחישוב מקביל. PXM הוא יותר מדרך לתאר חישוב, הוא מייצג את עמוד השדרה המספק הסכמה בין אופן ביטוי התוכנית לבין האופן שבו היא מתורגמת לשפה משותפת הניתנת לביצוע על ידי המכונה. אנו מתארים קבוצת אלמנטים המאפשרים למשתמש ליצור תוכניות ודרך לארגן את ביצוע התוכנית. ניתן לייעל את התוכנית על מנת למקד לאדריכלות ספציפית על ידי המשתמש או כלי אוטומטי המבוסס על רקע נפוץ זה.

אתה יכול ללמוד עוד על הפרויקט הזה בסוף ההוראה, אתה יכול גם ללחוץ כאן כדי לקבל מידע נוסף על DEMAC או כאן כדי לקבל מידע נוסף על CAPSL)

שלב 2: הדפסת תלת מימד DEMAC

בחלק זה תוכל למצוא מדריך להדפסת תלת מימד במסגרות העוטפות את הרכיבים האחרים ומספקות תמיכה מבנית. גם אם אתה אמן הדפסה תלת מימדית, להלן כמה טיפים שכדאי לך לקחת בחשבון בעת הדפסת מסגרות אלה. ניתן להדפיס את כל המסגרות באמצעות זרבובית של 0.4 מ מ עם גובה 0.3 או 0.2 גובה (אפשר להשתמש גם בהתאמה). הדפסתי הכל באמצעות PLA אבל זה לא ממש משנה אם אתה רוצה להשתמש בחומרים אחרים (כל עוד הם מספקים יציבות מבנית ויכולים לסבול טמפרטורות גבוהות או שוות מ- PLA).

קבצי STL:

www.thingiverse.com/thing:4493780

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

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

מגש לוח (Frame_01)

אין צורך בתמיכה נוספת. זה די פשוט, פשוט הניחו אותו כשהמשטח השטוח פונה אל משטח ההדפסה.

מעטפת לוח (Frame_02)

זה עשוי לדרוש תמיכה מסוימת בקורות האמצעיות. אתה יכול לטעון שמכונה/מכונת חיתוך מכוונת היטב יכולה להדפיס את הגשרים האלה ללא תמיכה נוספת. נסה קודם כל כמה מבחני מתח גשר אם ברצונך להדפיס ללא תומכים מכיוון שהרעיון היה שלא היה צורך בהם. מצד שני, העמודים לרוחב והקירות מספקים מספיק תמיכה כדי להדפיס אותם ללא מבני תמיכה נוספים.

מעטפת מאווררים (Frame_03_B & Frame_03_T)

אין צורך בתמיכה נוספת. פשוט הניחו את שני החלקים כשהמשטח השטוח פונה אל משטח ההדפסה.

מעטפת חשמל (Frame_04)

בדומה ל- Frame_02, זה עשוי לדרוש תמיכה מסוימת בקורות האמצעיות. תוכל גם לנסות להדפיס את זה ללא חומר תמיכה נוסף (כפי שנועד). העמודים לרוחב ולקירות מספקים מספיק תמיכה להדפסה ללא מבני תמיכה נוספים.

מעטפת קירור פלט (Frame_05_B & Frame_05_T)

אין צורך בתמיכה נוספת. פשוט הניחו את שני החלקים כשהמשטח השטוח פונה אל משטח ההדפסה.

שלב 3: הרכיב את DEMAC

עכשיו שיש לך את כל החלקים הנדרשים הגיע הזמן להתחיל להרכיב את האשכול.

זכור להסיר את חומר התמיכה שעשוי להיות על המסגרות.

שלב 4: הנח את המאוורר על המארז

פשוט החלק את המאוורר בתוך Frame_03_B (כשהכבל בפינה התחתונה הימנית), החלק התחתון צריך להתאים בתוך הקירות המעוקלים הקטנים שמחזיקים את המאוורר במקומו.

הניחו את Frame_03_T כשהקירות המעוקלים הקטנים פונים כלפי מטה על גבי Frame_03_B (כשהמאוורר כבר במקום). היזהר למקם את המכסה הרחב ביותר של Frame_03_T כלפי הפנים הרחב (האחורי) של Frame_03_B. המסגרות צריכות ללחוץ והמכסים צריכים לשמור אותן במקומן.

שלב 5: הצטרף למארז הלוח עם מארז החשמל

הניחו את Frame_02 על גבי Frame_04, שני אלה נועדו להצמד יחד. יש שקע קטן בחלק התחתון של Frame_02 שמתאים למחברים שעל גבי Frame_04. הפעל כוח עדין כדי לחבר אותם.

שלב 6: התקן את יחידת הקירור

Frame_03 (B&T) נועדו להצמד יחד עם Frame_02, למקם את המאוורר מול הלוחות (זרימת האוויר צריכה להיכנס פנימה Frame_02). ישנם שקעים קטנים בעמודות של Frame_02 שצריכים להתאים לסימנים ב- Frame_03_B. הפעל לחץ עדין בפנים הרוחביים של המבנה עד שהמסגרות נלחצות.

שלב 7: הניחו את הלוחות על מגשי הלוח

ל- Frame_01 יש 4 סיכות התואמות את החורים בלוח ה- Parallella. הלוח צריך להתאים בקלות למגש. בהתאם לכיול מדפסת התלת מימד שלך הם עשויים להיות גדולים או קטנים מדי, אתה יכול להשתמש במעט דבק סיליקון נוזלי כדי להחזיק אותם במקום או ללחוץ עליהם מעט בעזרת צבת כדי להקטין את הקוטר.

>> הערה חשובה: זכור להניח את כיורי החום על הלוח <<<

שלב 8: החלק את מגשי הלוח במארז הלוח

Frame_01 מספקות חריצים המתאימים למסילות Frame_02 לכל רמה. שים לב שיש רק צד אחד פתוח לקבל את מגש הלוח. יש גם בליטה קטנה שעוזרת לשמור על Frame_01 במקום (בכנות, אלה יכולים להשתמש בשיפור כלשהו בגרסה עתידית).

החלק את כל 4 מגשי הלוח כשהלוחות כבר במקום, אחד לכל רמה.

שלב 9: הנח את ספק הכוח בתוך מעטפת החשמל

הצב את ספק הכוח של USB בתוך Frame_04 כאשר יציאות ה- USB כלפי חוץ. יש פתח קטן בצד השני של כבל החשמל שמזין את הרכזת.

שלב 10: חבר את המאוורר לספק הכוח הקירור

כעת יש לחבר את המאוורר לחשמל 12 וולט המספק אנרגיה ליחידת הקירור.

>> הערה חשובה: שמור על מערכת הקירור פועלת כל הזמן כאשר הלוחות מחוברים לספק הכוח <<<

שלב 11: הגדר את מערכת ההפעלה

1. הורד את מערכת ההפעלה המומלצת (Parabuntu) כאן

ישנן שתי גרסאות של השבבים (z7010 [P1600/P1601] ו- z7020 [P1602/A101040] הדורשות קבצים שונים.

עבור שתי הגרסאות, יש גרסה נטולת ראש (ללא ממשק משתמש גרפי) וגרסה המספקת תמיכה ב- HDMI וממשק משתמש גרפי)

אם אתה רוצה להשתמש ביציאת HDMI זכור לרכוש כבל מיני HDMI.

אתה יכול להתממשק עם הגרסה ללא ראש דרך הרשת.

מידע נוסף והסבר מפורט ניתן למצוא כאן באתר הרשמי.

להלן השלבים להתקנת מערכת ההפעלה באמצעות הפצה מבוססת לינוקס. אתה יכול להשתמש בפקודות במסוף (ללא סמל $) לשלבים הבאים או לבדוק הליכים אחרים באתר.

2. התקן

- הכנס את כרטיס ה- micro-SD למחשב הרגיל שלך- פתח את תמונת אובונטו. שנה את [שם ההפצה] לשם התמונה.

$ gunzip -d [שם שחרור].img.gz

3. אמת את נתיב המכשיר של כרטיס ה- SD שלך

נתיב המכשיר המדויק לכרטיס ה- SD שלך תלוי בהפצת Linux ובהגדרת המחשב שלך. השתמש בפקודה למטה כדי להגיע לנתיב הנכון. אם לא ברור מהפלט איזה נתיב הוא הנכון, נסה את הפקודה עם וללא כרטיס ה- SD מוכנס. באובונטו, הנתיב המוחזר עשוי להיות משהו כמו '/dev/mmcblk0p1'.

$ df -h

4. נתק את כרטיס ה- SD יהיה עליך לבטל את הרכבה של כל המחיצות בכרטיסי ה- SD לפני צריבת הכרטיס. [Sd-partition-path] מגיע מהפקודה 'df' בשלב 3.

$ umount [sd-partition-path]

5. צרוב את תמונת הדיסק של אובונטו בכרטיס ה- micro-SD

צרוב את התמונה על כרטיס ה- SD באמצעות כלי ה- 'dd' המוצג בדוגמת הפקודה להלן. אנא היזהר וודא שאתה מציין את הנתיב כהלכה מכיוון שפקודה זו היא בלתי הפיכה ותחליף כל דבר בנתיב! פקודה לדוגמה באובונטו תהיה: 'sudo dd bs = 4M if = my_release.img of =/dev/mmcblk0'. אנא התאזר בסבלנות, הדבר עשוי להימשך זמן (דקות רבות) בהתאם למחשב ולכרטיס ה- SD בו נעשה שימוש.

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

6. ודא שכל הכתיבות לכרטיס ה- SD הסתיימו

סנכרון $

7. הכנס כרטיס SD לחריץ כרטיס ה- SD בלוח

שלב 12: חבר את הלוח לחשמל

השתמש בכבל miniUSB ל- USB-A לחיבור אחד הלוחות לרכזת ה- USB. תוכל לסמן את היציאות והכבלים או להגדיר הזמנה לחיבורים במקרה שתצטרך לנתק לוח מאוחר יותר.

שלב 13: הגדרת נתב

אם אתה מתקין את מערכת ההפעלה נטולת הראש בזמן שאתה נמצא ברשת גדולה, יהיה עליך להשתמש בנתב ולחבר אותו לאינטרנט, לוחות המקבילים והמחשב האישי שלך.

אם אינך מצליח להתחבר לנתב, תוכל גם לחבר את הלוח ישירות למחשב באמצעות כבל ה- Ethernet, הליך זה יכול להיות מעט מסובך יותר ולא יכוסה במדריך זה.

לאחר שהכל מחובר, פתח את ממשק הנתב שלך כדי לברר איזו כתובת IP ניתנת למקרה שלך כברירת מחדל. חפש כרטיסייה שאומרת רשת. לאחר מכן מצא קטע שכותרתו רשימת לקוחות DHCP. שם אתה אמור לראות את לוח המקבילים שלך ואת כתובת ה- IP שלו.

באמצעות כתובת IP זו, תוכל להיכנס ל- Parhella ולהגדיר כתובת IP סטטית.

שלב 14: התחברות ללוח מקבילי עם SSH

הערה: בחלק זה, [default_IP] היא כתובת ה- IP הדינמית שמצאת ברשימת לקוחות DHCP.

בדוק את החיבור ללוח

$ ping [default_IP]

SSH לתוך הלוח בפעם הראשונה (סיסמת ברירת המחדל היא מקבילה)

$ ssh מקבילה@[default_IP]

שלב 15: הקמת רשת

- שנה את שם המארח: ערוך /etc /name host

כאן תוכל להקצות כל שם שאתה רוצה, אנו ממליצים להשתמש ב- NOPA ##

כאשר ## מזהה את מספר הלוח (כלומר 01, 02, …)

- הגדר כתובות IP של לוחות אחרים: edit /etc /hosts

הגדר כתובת IP סטטית: הוסף את הטקסט שלהלן עבור /etc/network/interfaces.d/eth0

#ממשק הרשת העיקרי אוטומטי eth0

iface eth0 inet סטטי

כתובת 192.168.10.101 #IP צריכה להיות בטווח הנתב

מסכת רשת 255.255.255.0

שער 192.168.10.1 #זו צריכה להיות כתובת הנתב

שרת שמות 8.8.8.8

שרת שמות 8.8.4.4

לאחר שהקצאת את ה- IP ללוח תוכל להפעיל מחדש את החיבור באמצעות הפקודה

$ ifdown eth0; ifup eth0

או לאתחל את הלוח

שלב 16: הגדרת Keygen וגישה ללא סיסמה על לוחות

הגדר זוג מפתחות ציבורי פרטי בכל צומת (כולל צומת הראש). צור תיקייה זמנית, צור מפתח חדש והפך אותו למפתח מורשה, והוסף את כל ה- NOPA למארחים הידועים כפי שמוצג להלן.

mkdir tmp_sshcd tmp_ssh ssh -keygen -f./id_rsa

#הקש enter פעמיים כדי להגדיר ולאשר סיסמה ריקה

cp id_rsa.pub מפתחות_מורשים

עבור i ב- seq 0 24 '; לעשות j = $ (הד $ i | awk '{printf "%02d / n", $ 0}');

ssh-keyscan NOPA $ J >> known_hosts; בוצע

שלב 17: התקנת Sshfs

- שימוש ב- sshfs מאפשר שיתוף קבצים בין הלוחות באשכול. הפעל את הפקודה הבאה:

$ sudo apt -get install -y sshfs

- בדיקת / יצירת קבוצת נתיכים

בדוק אם קבוצת הנתיכים קיימת:

$ cat /etc /group | grep 'fuse'

אם הקבוצה קיימת, בצע את הפקודה הבאה

$ bash sudo usermod -a -G fuse parallel

- אם הקבוצה לא קיימת, צור אותה והוסף את המשתמש אליה

נתיך $ sudo groupadd

$ sudo usermod -a -G נתיך מקבילים

- בטל את התגובה של השורה user_allow_other בקובץ fuse.config

$ sudo vim /etc/fuse.conf

שלב 18: הגדר את תיקיית NFS

- שנה את הקובץ /etc /fstab

$ sudo vim /etc /fstab

- החלף את התוכן בטקסט המוצג להלן

# [מערכת קבצים] [נקודת הרכבה] [סוג] [אפשרויות]

sshfs#parallella@NOPA01:/home/parallella/DEMAC_nfs/home/parallella/DEMAC_nfs fuse comment = sshfs, noauto, users, exec, rw, uid = 1000, gid = 1000, allow_other, connect again, transform_symlinks, BatchMode = yes, nonempty, _netdev, identityfile =/home/parallella/.ssh/id_rsa, הרשאות ברירת מחדל 0 0

שלב 19: חבר את הלוח למתג

מקם את המתג מתחת לאשכול או במקום כלשהו בקרבת מקום, השתמש בכבלי Ethernet כדי לחבר את הלוח שכבר הגדרת למתג. תוכל גם לחבר את המתג והמחשב שלך לנתב כדי לקבל גישה לאשכול.

אתה אמור להיות מסוגל לדפדף ולשלוח ללוח המחובר כעת למתג עם IP סטטי.

תוכל גם להוסיף את ה- IP ושם המארח לקובץ /etc /hosts. תוכל להשתמש בשם המארח כדי להתחבר במקום להקליד את כל כתובת ה- IP.

שלב 20: חזור על שלבים 11 עד 19 עבור כל לוח

בצע את ההליך כדי להגדיר את מערכת ההפעלה והרשת עבור כל לוח.

>> הערה חשובה: השתמש בשמות מארחים ו- IP שונים עבור כל לוח! הם צריכים להיות ייחודיים דרך הרשת! <<<

שלב 21: חבר ציוד היקפי

וודא שהמאוורר עובד:

וודא שהמאוורר מקבל כוח וזרימת האוויר נכנסת פנימה לתוך מעטפת הלוח. החיבור צריך להיות יציב ובלתי תלוי מרכיבים אחרים. זכור שהלוחות עלולים להתחמם יתר על המידה אם הם לא מקוררים כראוי.

וודא שהלוחות מחוברים למתג:

בשלב זה היית צריך להגדיר כל לוח בנפרד. הלוחות צריכים להיות מחוברים גם למתג. מדריך המתג צריך לספק מידע שבאמצעותו ניתן לבדוק אם תהליך ההפעלה הושלם כהלכה, יתכנו כמה נוריות המצביעות על מצב.

חבר את הלוחות לחשמל:

השתמש בכבל מיקרו- USB ל- USB-A כדי לחבר כל אחד מהלוחות לרכזת ה- USB. אתה יכול לסמן את היציאות או להגדיר סדר למקרה שתצטרך לנתק לוח יחיד.

שלב 22: הפעל כוח

1. המאוורר אמור לפעול.

2. יש לחבר את הלוחות למתג ה- Ethernet.

3. בדוק שהלוחות מחוברים לרכזת ה- USB.

4. ספק כוח לרכזת ה- USB.

5. אפשר DEMAC!

6. רווח!

שלב 23: משאבי תוכנה

MPI (ממשק העברת הודעות)

MPI הוא פרוטוקול תקשורת לתכנות מחשבים מקבילים. הן נתמכות בין נקודה לנקודה והן בתקשורת קולקטיבית.

www.open-mpi.org/

OpenMP (Open Multi-Processing)

ממשק תכנות האפליקציות (API) OpenMP (Open Multi-Processing) תומך בתכנות רב-פלטפורמות של זיכרון משותף ב- C, C ++ ו- Fortran, בפלטפורמות רבות. הוא מורכב ממכלול של הוראות מהדר, שגרות ספריות ומשתני סביבה המשפיעים על התנהגות זמן ריצה.

www.openmp.org/

תוכנה מקבילה

המפתחים מספקים ערימת תוכנת קוד פתוח, כולל SDK לממשק עם המאיץ.

www.parallella.org/software/

תוכל גם למצוא מדריכים ומידע מפורט יותר.

יש להם גם מאגרי GitHub:

github.com/parallella

אתה מוזמן להוריד ולהפעיל כמה מהדוגמאות, אחת האהובות עלי היא משחק החיים המבוסס על משחק החיים המפורסם של קונוויי.

כתב ויתור: ניתן להעתיק הגדרות מוויקיפדיה