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1.3 CLÚSTER DE MINI-LAPTOPS



Clúster de mini-laptops para aplicaciones científicas en física de altas energías experimental.






1.      INTRODUCCIÓN,
En el ejercicio de la ciencia básica –física, matemáticas, química, etc.-, en todas las ingenierías, en la administración, en los servicios, y en prácticamente en todas las actividades de la sociedad moderna,  se requiere de cómputo de alto desempeño o súper cómputo.

En el laboratorio de física de altas energías, Departamento de física, de la Universidad de Guanajuato, requerimos cómputo de alto desempeño en las siguientes áreas:

Caracterización de foto detectores, con demanda baja; captura, simulación y análisis de datos, con demanda baja; simulación Monte Carlo del experimento MINERvA, con demanda alta; procesamiento y análisis de datos, con demanda alta.

Para subsanar estas demandas  existen varias soluciones probadas y usadas: empleo de súper computadoras, y aplicaciones de clústeres de CPU’s y clústeres de GPU’s. La primera solución es onerosa y normalmente no está al alcance del presupuesto de laboratorios pequeños. La segunda tiene muchas ventajas: es económica, es escalable, está al alcance de laboratorios pequeños, y es accesible.

Reportamos, como ejemplo de la solución al problema de súper cómputo, el diseño, la construcción, y la caracterización de un clúster de CPU para aplicaciones en física de altas energías experimental en el laboratorio de partículas elementales de la Universidad de Guanajuato.

2.      DISEÑO
El diseño del clúster de CPU’s a base de laptops es original del laboratorio de partículas elementales. Figura 1. Las partes básicas son los CPU’s, en este caso laptops, porque así se estableció de inicio, como parte de la planeación, ya que en estos días abundan las laptops y es relativamente fácil conseguirlas; son los nodos secundarios. Un rack para mantenerlos en orden; fue diseñado de acuerdo a las dimensiones de las laptops. Un swicth de red, que se escogió de igual tamaño de las laptops, para alojarse en el mismo rack, y con un número de entradas mayor al número de nodos secundarios. Una worksation, para servir como el  nodo maestro. Un distribuidor de corriente con número de tomas mayor al número de nodos secundarios. Cables de red RJ-45 para interconectar los diferentes nodos. Todos estos elementos son comerciales tienen un costo. Adicionalmente cada nodo, maestro y ancilar, lleva instalado un sistema operativo –scientific Linux Fermi- y el nodo maestro lleva instalado el sistema HTCondor para controlar el clúster en una red local, y Ganglia, para visualizar el desempeño de todos los nodos. Estos elementos de software son libres y abiertos, de fácil obtención en la web.

 

La base del clúster de laptops son 20 laptops mini Dell Latitude 2120 (http://www.dell.com/mx/empresas/p/latitude-2120/pd); Processor Intel® Atom® Processor N455, N550 Dual, Core 1.66 GHz, Memoria 2 GB. Figura 2; actualmente este producto está discontinuado por el fabricante; otro similar se puede emplear con resultados parecidos o mejores. La base de la red local es un switch de red 24-Port Gigabit Switch DGS-1024D (http://us.dlink.com/products/business-solutions/24-port-gigabit-unmanaged-desktoprackmount-switch/). Figura 3; va montado juntos en medio del rack para minimizar la longitud de los conectores de red. Estos componentes se montaron en un rack de Aluminio estructural –tubular de sección transversal de 2.54 cm X 5.08 cm para las esquinas y perfil L de 2.54 cm  X 2.54 cm para los entrepaños-, construido exprofeso, con la forma y las dimensiones mostradas en la Figura 4. El diseño es compacto, permite la libre circulación del aire entre los nodos. Pegado el rack, en un costado, se unió la tira de 22 conectores eléctricos Pico Macon Steren MOR PSV. El nodo maestro va separado del rack, y colocado en la mesa de trabajo; es una work-station Dell Optiplex G620 (http://www.dell.com/downloads/global/products/optix/es/spec_optix_gx520-gx620_es.pdf), memoria RAM 4GB, disco duro 80GB, 7200RPM, Serial ATA, Intel Pentium 4 800 MHz. El cableado entre los nodos secundarios, el nodo primario, y el switch de red se realiza mediante el cable RJ45, Figura 5, por la parte posterior del rack.   

El diseño es compacto, liviano, y funcional.

3.      CONSTRUCCIÓN

Se construyó primeramente el rack, usando herramientas convencionales para horadar las piezas de aluminio y se ensamblaron usando remaches de aluminio de calibre 1/8 in; se perforó lateralmente cada entrepaño para colocar la toma de corriente de los nodos secundarios y la entrada de la conexión de la red local; la tira de  las tomas de corriente se colocó lateralmente y en el fondo, pegada a una esquina; se colocaron tacones protectores de hule arriba y debajo de cada soporte de las 4 esquinas. Figura 6. Se colocó el switch de red; se colocaron las laptops, con la fuente de corriente en la parte posterior y se conectaron; se construyeron los cables RJ45 a la medida, se probaron eléctricamente, y se colocaron; se colocó el nodo maestro, se conectó eléctricamente y al switch de la red local. Esto completa físicamente la construcción del clúster de laptops.

Se instaló el sistema operativo Scientific Linux Fermi en cada uno de los nodos, siguiendo los pasos indicados en el sistema mismo. Se instaló HTCondor en el nodo maestro y se declaró en los nodos ancilares, siguiendo el manual de instalación (http://research.cs.wisc.edu/htcondor/manual/v8.3/3_2Installation_Start.html)  de HTCondor. Se instala y se configura Ganglia (http://ganglia.sourceforge.net/) en el nodo maestro.

En este punto ya está instalado físicamente el clúster, sin embargo hay que configurarlo lógicamente. El siguiente paso es configurar la red local.
 
 
 

 
 
 
Clúster de mini-laptops
 
Clúster de mini-laptops
 
Clúster de mini-laptops
 
Clúster de mini-laptops
 
Clúster de mini-laptops
 
Clúster de mini-laptops
 
 
Clúster de mini-laptops
 

 

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