Digital-Kompendium Compact PCI Serial Typische Aufgaben der seriellen Schnittstellen

Redakteur: Holger Heller

CompactPCI Serial unterstützt für Ethernet die Sternarchitektur oder ein vollständig vermaschtes Netz (Full Mesh). Während eine Sternarchitektur für einen Standardcomputer ausreichend ist, bietet sich für komplexe Multicomputer-Systeme ein Full-Mesh an.

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Computer-Cluster: mit CompactPCI Serial
Computer-Cluster: mit CompactPCI Serial

In einem vollständig vermaschten Netz ist auf jeder Steckkarte jeweils ein Ethernet-Interface genau mit jeweils einem Ethernet-Interface einer anderen Karte verbunden. Bei einer Standard-Busplatine mit neun Steckplätzen sind jeweils acht Ethernet-Kanäle auf jedem Board erforderlich, um jeweils unabhängig mit jedem anderen Board kommunizieren zu können. Wie bereits erwähnt, muss man diese Möglichkeit nicht voll ausschöpfen.

Bild 1 zeigt, wie man symmetrisches Multiprocessing in einem CompactPCI-Serial-System realisieren kann. Aber auch die Architektur intelligenter Subsysteme lässt sich so umsetzen (Bild 2). Das vermaschte Netz lässt sich auch als Ring verschalten. So kann man elegant und preiswert redundante Strukturen schaffen, bei denen der Ausfall einer Steckkarte nicht zum Ausfall des Systems führt (Bild 3).

Dies sind nur einige Beispiele von Architekturen, die man mit CompactPCI Serial realisieren kann. All dies ist mit Standard-Backplanes und Standard-Baugruppen möglich. Alle vier Steckkarten in den gezeigten Beispielen können jeweils vom gleichen Typ sein. Die Benutzung von Ethernet ist durch die Software festgelegt.

Da CompactPCI Serial physikalisch auf den BASE-T-Standards aufsetzt (10/100/1000 BASE-T und 10GBASE-T), kann man die Baugruppen mit „gewöhnlichen“ Ethernet-Controllern bestücken. In der Regel kann man auf eine galvanische Trennung der Boards untereinander verzichten. Das ermöglicht eine kapazitive Kopplung und spart Platz und Kosten.

Ethernet-Mesh für Computer-Cluster

Handelte es sich bei Supercomputern vor einigen Jahren noch um Systeme mit spezieller Technologie, werden heute in der Regel gängige Rechnertechnologien eingesetzt. Dabei werden viele einzelne vergleichsweise kostengünstige Server zu einem so genannten Computercluster verbunden.

Ein Computercluster beschreibt also eine meist große Anzahl von einzelnen miteinander vernetzten Computern, die dazu verwendet werden, Teile einer Gesamtaufgabe parallel zu verarbeiten. Von außen betrachtet wirkt ein Computercluster wie ein einziger Rechner. Die jeweiligen Knoten sind dabei untereinander über ein schnelles Netzwerk verbunden.

Redundanz durch Ausfallsicherheit der Cluster

Durch den Aufbau solcher Serverfarmen wird die Rechenkapazität und Verfügbarkeit deutlich erhöht. Vor allem die Ausfallsicherheit eines Clusters ist ein entscheidender Vorteil gegenüber einem einzelnen Rechner. Fällt innerhalb eines Clusterverbunds ein System aus, hat das keinen direkten Einfluss auf alle anderen beteiligten Systeme innerhalb des Clusters. Auf diese Weise wird Redundanz erzielt.

Im Wesentlichen werden zwei Arten von Computerclustern unterschieden und eingesetzt:

  • Hochverfügbarkeits-Cluster sollen die Verfügbarkeit steigern und für eine bessere Ausfallsicherheit sorgen. Im Fehlerfall werden die Dienste von dem defekten Host des Clusters automatisch auf einen anderen Host übertragen. Einsatzgebiete sind Anwendungen, in denen eine Ausfallzeit von maximal einigen Minuten pro Jahr erlaubt ist.
  • High Performance Computing Cluster werden dazu verwendet, Berechnungen durchzuführen, die auf mehrere Hosts verteilt sind. Aus Benutzersicht stellt sich der Cluster als zentrale Einheit dar, die aber logisch gesehen aus mehreren vernetzten Systemen besteht. Die Einsatzgebiete liegen überwiegend im wissenschaftlichen und militärischen Bereich, aber auch die Serverfarmen für das Rendern von 3D-Computergrafiken und Computeranimationen gehören zu dieser Art von Cluster.

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