Load Balancing Study of a Scalable Computing Cluster in Tribological Computation

本計畫擬探討電腦叢集在進行磨潤計算時對叢集系統性能影響的各項參數，尤其是各計算節點間的負載平衡技術，以利於有效的運用電腦叢集於大型的磨潤數值計算或其它工程應用。有些數值模型（如進行奈米技術分析時的分子動力學）因為需要極大的運算量，使得其很難推廣而限制了其應用，而平行計算是最有效縮短計算時間的方法。一般來說，在進行數值計算時，其計算時間無法事先預知，即使是同一數值模型也會因為邊界條件的不同，執行時間會有很大的差異。因此，在同時計算多個數值模型時（如以統計最佳化方法進行分區搜尋），減少系統部份電腦（或處理器）閒置的時間，即是本研究擬探討的動態負載平衡的主要議題，尤其是在大型電腦叢集上更是影響系統效能的關鍵技術。除了昂貴的超級電腦及其專屬的軟體架構外，解決工程上大運算量的趨勢是採用以個人電腦組成的叢集，其主要優點有（a）高的性能／價格比及維護容易；（b）可延伸性的系統架構–即電腦節點數目增減容易且允許不同性能的電腦一起工作；（c）豐富的開放軟體資源–如GNU/Linux, Single-System Image Clustering, OpenMP 及MPICH 等。由於工程計算問題的類別極廣，即使是相同的數學模型亦可採取不同的平行計算程序，因此計算時間可以有很大的差距。本計畫不探討特定問題的特殊解法，而擬以主持人在平行計算的經驗及已發表的潤滑數值模型–氣體軸承、熱液動潤滑等，模擬不同計算量的工作，以24 台以上的計算節點（單處理器之個人電腦）進行平行計算，探討動態負載平衡在一台主控電腦或一台以上的主控電腦（分散式主控架構），擬以基因演算法進行動態負載平衡之法則，叢集的性能則以其加速率為主要的指標。另外，計算工作之特性（fine-grained 或coarse-grained），對電腦叢集之負載平衡性能之影響亦將探討。本計畫擬組立8 台雙處理器的電腦叢集，與16 台單處理器的電腦叢集比較其動態負載平衡使用之難易度及效率，其結果可作為以後建立大運算量叢集之參考及延續剛發表的研究成果，並將其推廣運用於磨潤的相關研究及其它工程的應用。

Project ID:PB9408-1576
External Project ID:NSC94-2212-E182-001