Laniakea

Výpočetní cluster Slezské univerzity v Opavě

(inspirace kosmickou strukturou)

Úvod

Laniakea [:La-ni-a-KE-a:] je v kosmologii označení pro nadkupu galaxií, která zahrnuje přibližně 100 000 galaxií, včetně Mléčné dráhy, Sluneční soustavy a planety Země. Její rozměry dosahují přibližně 520 milionů světelných let a celková hmotnost se odhaduje asi na 10¹⁷ hmotností Slunce, což z ní činí jednu z největších známých struktur ve vesmíru.

Tato nadkupa byla definována v roce 2014 týmem astronomů vedeným z Havajské univerzity. Výzkum vycházel z dat projektu Cosmicflows-2, který obsahoval informace o rychlostech a polohách více než 8 000 galaxií. Na jejich základě vznikl trojrozměrný model rozložení hmoty a pohybů galaxií v této části vesmíru. Ukázalo se, že značná část galaxií v Laniakee směřuje k jednomu dominantnímu gravitačnímu centru, známému jako Velký atraktor.

Právě tato představa – rozsáhlého, strukturovaného celku, v němž jednotlivé prvky sledují společnou dynamiku – se stala inspirací pro pojmenování univerzitního výpočetního clusteru Laniakea.

Jazykový a významový kontext

Slovo Laniakea pochází z havajštiny:

lāni – nebe
ākea – nesmírný, otevřený, bez hranic

Volný překlad tedy zní:

„Nesmírná nebesa“ nebo „otevřené nebe“

Laniakea jako výpočetní systém

Výpočetní cluster Laniakea je počáteční centrální HPC infrastrukturou Slezské univerzity v Opavě, určenou pro:

vědecké a výzkumné výpočty,
numerické simulace,
paralelní a many-core algoritmy,
zpracování rozsáhlých dat,
výuku a studentské projekty.

Pravidla pouzivani

Symbolika názvu a architektura Laniakea

Použití názvu Laniakea má nejen poetický, ale i koncepční význam:

cluster sdružuje různorodé výpočetní uzly,
jednotlivé uzly mají odlišné role a specializace,

Celý systém je následně propojen do jednotného funkčního celku. Tvoří jej přihlašovací uzel, správce úloh SLURM, jednotný home adresář dostupný na všech výpočetních uzlech, systémy pro monitorování stavu clusteru i jednotlivých uzlů (Prometheus a Grafana), sledování vytížení zdrojů a také monitoring spotřeby elektrické energie (s internám označením pulsar) a dalších podpůrných systémů.

Přístup do systému – login uzel Polaris

Polárka, oficiálně α Ursae Minoris (zkráceně α UMi), známá také jako Severka, je nejjasnější hvězdou v souhvězdí Malého medvěda a po staletí slouží jako spolehlivý orientační bod na severní obloze.

V clusteru Laniakea tento název symbolicky nese přihlašovací (login) server Polaris, který představuje pevný a stabilní vstupní bod do celého výpočetního systému. Uživatelé se na něj přihlašují za účelem přípravy výpočtů, správy dat a odesílání úloh do výpočetního systému.

Poznámka
Podrobný návod k přihlášení je uveden v dalších částech tohoto průvodce.

Na uzlu Polaris zároveň běží řídicí komponenty plánovače SLURM, které zajišťují:

příjem nových žádostí o výpočet,
přidělování výpočetních kapacit uživatelům,
evidenci běžících a čekajících úloh.

Samotné výpočty zde neprobíhají – ty jsou vykonávány na výpočetních uzlech, které mohou být tvořeny jedním nebo více fyzickými stroji a jsou logicky rozděleny do tzv. partition. Tyto partition jsou navrženy podle účelu, typu hardware nebo charakteru výpočtů; jejich rozdělení nemusí být striktní – například uzly s velkou operační pamětí mohou být součástí jiné partition než výhradně výkonné výpočetní uzly.

Níže je uveden stručný přehled jednotlivých partition a jejich motivace:

PERSEUS

Partition PERSEUS je určena pro GPU výpočetní uzly a je navržena pro výpočetně nejnáročnější úlohy, jako jsou numerické simulace, strojové učení a zpracování rozsáhlých dat. Název odkazuje na Perseovu kupu galaxií, jednu z nejhmotnějších struktur v lokálním vesmíru a významnou součást širší kosmické struktury v okolí Laniakey.

VIRGO

Partition VIRGO sdružuje klasické CPU výpočetní uzly a tvoří základní výpočetní páteř clusteru. Je určena pro paralelní úlohy běžící na procesorech, numerické výpočty, simulace a dlouhodobé dávkové zpracování. Její název je inspirován Kupou galaxií v Panně (Virgo Cluster), která představuje centrální a gravitačně dominantní oblast nadkupy Laniakea. Stejně tak i partition VIRGO představuje stabilní a klíčovou část celého systému.

PHOENIX

Partition PHOENIX je zaměřena na edge a nízkoenergetické uzly, vhodné pro testování, lehčí výpočty, kontinuální služby nebo experimentální úlohy s důrazem na energetickou efektivitu. Název Phoenix symbolizuje obnovu, flexibilitu a adaptabilitu a zároveň odkazuje na struktury pojmenované v této oblasti oblohy. Tato partition je zatím ve výstavbě.

FORNAX

Partition FORNAX je určena především pro rezervační a výukové účely. Slouží studentům, výuce, workshopům a plánovaným výpočetním úlohám, kde je důležitá předvídatelnost a dostupnost zdrojů. Název vychází z Kupy galaxií v souhvězdí Pece (Fornax), kompaktní a dobře strukturované oblasti blízkého vesmíru, která svou povahou odpovídá účelu této partition. Také tato partition je v současnosti ve výstavbě.