SuperPi Cluster: recycler des Pi pour créer un super cluster

lundi 31 octobre 2022 , ,

Bonjour à tous,

Dans les projets en gestation, il y a la réhabilitation de Raspberry-Pi pour créer un Super Cluster.

  • 28 x Raspberry-Pi 3 B V1.2 
  • 25 x Raspberry-Pi B+ V1.2

Individuellement ils n'ont pas la puissance d'un Pi 4 mais avec une cinquantaine d'unités cela sera forcément un projet intéressant.


Cela reste aussi dans la veine "Retro" et "récupération" puisque ces machines sont souvent considérées obsolètes.

J'ai déjà la puissance de calcul

Le projet est à ses balbutiements puisque je ne dispose encore que de la puissance de calcul.


La puissance de Calcul de SuperPi

Après un premier décompte, je dispose de... tous réputés fonctionnels.
Voyez la petite vidéo d'exploration des Raspberry-Pi.

28x Raspberry-Pi 3 B V1.2 

En version B (pas du B+).
  • 4 Coeurs @ 1.2 Ghz
  • 1 Gio de RAM
  • WiFi : BCM43438 mais sans utilité pour un Cluster
  • Port Ethernet à gauche (lorsque regardé de face)
  • Consommation: 730mA (stress), 480mA (loaded), 260mA (Idle)

25x Raspberry-Pi 1 B+ V1.2

Version antérieur au Pi 3 B.

  • 1 Coeur @ 700 Mhz (overclockable)
  • 512 Mio RAM
  • Sans WiFi
  • Port Ethernet à gauche
  • Consommation: 340mA Max, (220 mA Idle)

Réduire la consommation

Pour réduire la consommation d'un Pi, il faut:

  1. Eviter d'ajouter des périphériques (USB ou GPIO)
  2. Désactiver la sortie HDMI
  3. Désactiver les LEDs du Pi

Consommation Raspberry-Pi

Un rapide petit calcul nous permet de déterminer la consommation maximale

Consommation = ( 28x0.730 ) + ( 25x0.340 ) = 28.94 A

A 5 Volts, cela nous fait 144.7 W de consommation.
Une alimentation de 180W serait la bienvenue pour avoir un régime de fonctionnement à ~70%.

Utiliser une alimentation PC?

Malheureusement pas! Une alimentation PC de 600W développe la majorité de sa puissance en 12V (48A) puis c'est le 3.3V qui est privilégié avec 25A.
Enfin, laissé pour compte, la tension de 5V ne dispose que de 18A.

Nous sommes donc loin des 30A dont nous aurions besoin.... mais serait aussi un gaspillage de ressource puisque les sorties 12V et 3.3V ne seraient jamais utilisés.

Il faudra donc opter pour une autre approche.

Petite recherche sur DigiKey

En faisant une petite recherche sur DiGiKey je trouve un modèle UHP-200A-5 de Meanwell qui propose 40A @ 5V. pour environ 75 EUR. 

Alimentation 5V 40A

Alors pourquoi ce modèle et pas les précédents qui sont moins chers? (ordonné par prix croissant).

C'est très simple: en développant 30A sous 5V il y a intérêt a utiliser un matériel certifié CE autant pour les émissions RF que la sécurité incendie ;-) 

Autres caractéristiques:

  • Bruit de +/- 200mV pic-à-pic, 
  • Tension réglable de 4.7 à 5.3V.
  • Régulation de charge de +/-2.5% (soit entre -0.125V à +0.125V).
  • Module entièrement passif offrant une efficacité de 88.5% (il chauffe donc peu).
  • Sortie DC OK (a base d'optocoupleur).

Organisation des Pi --> En Rack?

Ce qui serait vraiment intéressant, c'est d'organiser les Pi dans un Rack 19" informatique dans une armoire peu profonde (40 ou 60cm). 

A première vue, il est possible d'organiser 16 Pis sur un Rack 2U

Source: MyElectronics.nl
19 inch rack mount 2U for 16x RASPBERRY Pi - FRONT REMOVABLE
 
Cela fait 2 rack pour les Pi 3B et 2 rack pour les Pi 1B+ si on veut garder les deux modèles séparés. Au total, cela représente 8U de haut.
 
Il faut aussi prévoir 3U pour 3x 24 ports switch (ce qui permettra de brancher tous les Raspberry-Pi.
Nous en sommes donc à 11U de haut... ce qui sera le minimum.

Appel a recyclage/donation

Ce projet va avoir besoin de matériel pour avancer. Si vous avez du matériel pouvant être récupéré/réutilisé dans ce cadre, ils seront les bienvenu.

Voici ce qui serait utile:

  • Armoire Rack > 11U min 
  • Des Racks, 
  • Alimentation 5V de puissance
  • Switchs Ethernet
  • Routeur (pour permettre des connexions extérieures sécurisées)
  • Câblage Patch Panel.

Stockage de masse

Ce cluster aura forcement besoin d'un espace de stockage. Je m'étais d'abord dit d'un Synology avec 2 disques en miroir ce serait sympa... mais pourquoi ne pas opter pour use solution pure Raspberry-Pi ?

Un OpenMediaVault utilisant un Pi 4 2/4 Go et deux disques SSD en USB 3 ce serait probablement suffisant.

Plus d'info sur OpenMediaVault .

Quels projets pour SuperPi

Après une évaluation des performances (calcul de Pi & Nombres premiers), le cluster pourrait servir à des projets de fin d'année pour des ingénieurs OU pour tester différents domaines techniques:

  • Calcul de rendu 3D
  • Réseau neuronaux
  • Encodage vidéo
  • traitement de donnée 
  • Cloud privé 
  • Compile Farm?
  • Minecraft Game Server?
  • Serveur DB (MySql ou PostGreSql)
  • Kubernet / Docker / ServerLess

Comme le dit Jeff Geerling 

"Tout ce que j'ai appris de Kubernet c'est sur un Cluster de Pi."

Ressources

Voici quelques ressources utiles utilisées pour écrire cet article

 

N'hésitez pas à partager vos commentaires et suggestions.
Dominique

Écrire un commentaire

Aucun commentaire

Inscription à : Publier les commentaires ( Atom )