“뭉치면 세다” 놀라운 라즈베리 파이 클러스터 10선

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단일 보드 컴퓨터들로 구성된 라즈베리 파이(Raspberry Pi) 제품군이 교육에 혁신을 가져왔고 사물 인터넷 혁명의 요인 중 하나가 되었다. 이런 보드는 가격이 저렴하고 기능이 뛰어나며 손쉽게 구할 수 있다. 그렇다면 여러 개의 라즈베리 파이 보드를 가져다가 연결하면 무엇을 얻을 수 있을까? 놀랍도록 저렴하고 성능이 뛰어난 병렬 컴퓨팅 시스템은 교육에 유용할 뿐 아니라 일부 실제 문제를 해결할 수도 있다. 소형 4 노드 시스템부터 250노드 시스템까지 10가지 라즈베리 파이 클러스터를 정리해 본다. 이런 클러스터는 교육용은 물론 거대한 IoT 네트워크 시뮬레이션과 첨단 제품까지 모든 것에 사용되고 있다.  editor@itworld.co.kr

수냉식 라즈베리 파이 3 클러스터(4노드) 이 멋진 수냉식 RPI 3 클러스터는 무라토빅(Muratovic)의 여러 디자인들 중 하나에 지나지 않으며, 무라토빅의 지침과 동영상은 훨씬 큰 시스템 구축에 적용할 수 있다. 또한 MPICH, 즉 “MPI(Message Passing Interface) 표준의 고성능 휴대용 구현물”인 MPICH와 파이썬용 MPI를 설치하고, 파이썬 테스트 프로그램을 구동하는 방법도 다룬다. Image courtesy Rasim Muratovic

라즈베리 파이 웹 서버 클러스터(4노드) 라즈베리 웹 서버 사이트의 라즈베리 파이 웹 서버 클러스터와 로드밸런싱 및 라즈베리 파이 구성 방법에 관한 섹션은 클러스터 구축자들에게 훌륭한 자원이며 훨씬 큰 클러스터 시스템 구축에도 적용할 수 있다. 해당 사이트에는 클러스터 성능 시험, 웹 서버 튜닝, 노드 추가 등에 관한 섹션도 있다. Image courtesy Raspberry Web Server

라즈베리 파이 2 클러스터(6노드) 김성택이 개발한 라즈베리 파이 2 클러스터(일명 파이 스파크(Pi Spark)는 6개의 라즈베리 파이 2B+ 보드를 기반으로, 하둡 클러스터로 구동하도록 개발되었다. 김성택은 이 구성을 만들기 위해 필요한 세부적인 단계뿐만이 아니라 물리적인 프레임워크를 구성하기 위한 템플릿도 제공한다. 최종 시스템은 "OSX에서 다중 노드 빅데이터 클러스터를 구성"하기 위해 개발된 김성택의 포켓클러스터(PocketCluster) 유틸리티를 이용해 구성했다. Image courtesy Kim Sung-Taek

라즈베리 파이 클러스터(24노드) 아프캄 아지즈가 개발한 라즈베리 파이 클러스터의 2번째 버전으로 내구성을 위해 개발된 알루미늄 프레임, 매우 정교한 배전 시스템, 벤치마크 실행을 지원하기 위한 다양한 기기가 특징이다. 아지즈는 "클러스터를 구성해 구동하면서 일련의 J미터(JMeter) 부하 테스트를 실시했다. 예비 시험은 파이 클러스터 8대(클러스터의 단일 계층)를 이용해 실시했다. 750의 동시 실행 수준에서 해당 클러스터는 1초에 가까운 평균 지연 속도에서 350TPS의 처리량을 유지할 수 있었다”라고 설명햇다. 2013년 런던에서 열린 WSO2Con 컨퍼런스에서 발표한 아지즈의 프레젠테이션에 관한 동영상을 보면 자세한 내용을 알 수 있다. Image courtesy Afkham Azeez

VMW 리서치 그룹 라즈베리 파이 클러스터(24노드) 이 프로젝트의 웹 페이지에 따르면, “우리는 24노드 라즈베리 파이 2 클러스터를 개발했으며, 각 노드는 자세한 전력 측정이 가능하다. 총 96개의 코어와 24GB의 RAM을 갖추었다. 이 클러스터는 부하 측정 시 약 92W를 소모하며 유휴 상태에서 약 70W를 소모한다. 터치 화면 인터페이스와 2개의 이더넷 어댑터를 갖춘 헤드 노드(Pi2)가 ATX 전원 공급장치를 제어하고(대기 전력으로 작동), DHCP, NFS, [강글리아(Ganglia)]를 지원한다. 우리는 작업 제출을 위해 SLURM을 사용한다. 15.4기가플롭의 성능을 내는데, 이는 1993년 6월이라면 슈퍼컴 톱 500에서 7위를 차지했을 것이다.” Image courtesy VMW Research Group

RPi클러스터(RPiCluster) 프로젝트(32노드) RPi클러스터 프로젝트는 분명 가장 멋진 클러스터 중 하나이다. 베오울프(Beowulf) 클러스터에 기초한 이 시스템은 조슈아 키퍼트가 보이시 주립대학교에서 개발했다. 키퍼트의 설명은 다음과 같다. “RPi클러스터 프로젝트는 2013년 봄 Ph.D. 논문 연구 중 필요에 따라 시작되었다. 현재 나의 연구는 네트워크 내 협업 센서 데이터 처리를 용이하게 하는 무선 센서 네트워크를 위한 참신한 데이터 공유 시스템 개발에 중점을 두고 있으며... 나는 각 시뮬레이션 노드가 (내재된 통신 한계에 따라) 무선 센서 노드로 기능하고 마찬가지로 LAN 내의 다른 모든 시뮬레이션 노드와 상호작용하는 분산형 시뮬레이션을 개발하기 시작했다. 이 접근방식은 노드들 사이에서 진정한 비동기식 거동 및 실제 네트워크 통신을 제공했으며 이를 통해 실제 무선 센서 네트워크 거동을 더욱 잘 모방할 수 있었다." Image courtesy Joshua Kiepert

이리디스 파이(Iridis-pi, 64노드) 사우스햄프턴 대학교가 개발한 이리디스 파이는 레고로 섀시 전체를 제작한 역사상 최고의 프레임워크 중 하나로, 64노드 라즈베리 파이 모델 B 클러스터이다. 해당 시스템에 관한 논문인 ‘이리디스 파이: 저렴한 소형 시연 클러스터(Iridis-pi: a low-cost, compact demonstration cluster)’에서는 전력 및 성능 특성을 기술하고 "네트워크 스위치를 제외한 시스템의 총 비용이 2,500파운드 미만이었다"고 밝히면서 "우리는 우리의 클러스터 아키텍처가 오늘날의 기준으로 보았을 때 일반적이지는 않지만 오픈소스 하드웨어 및 소프트웨어 사용, 저전력 프로세서 채용, 광범위한 플래시 기반 저장 장치 적용 등 많은 측면이 점차 주류로 자리잡게 될 것으로 예상된다"고 결론 내렸다. 이리디스 파이 리뷰 동영상을 참고하기 바란다. Image courtesy Prof. S. J. Cox et al

비스트 v1(Beast v1, 120노드) resin.io가 만든 비스트 v1의 목적은 대규모 IoT 구현을 위한 시험대였다. resin.io는 다음과 같이 설명했다. "이 시스템은 120대의 라즈베리 파이로 구성되어 있고, 그 각각에는 2.8인치 에이다프루트(Adafruit) PiTFT 화면이 장착되어 있으며 모든 장치가 목재 패널 위에 다소 정갈한 형태로 탑재되어 있다. 패널 뒤에는 10개의 USB 허브와 10개의 이더넷 스위치를 장착했다. 커세어 CX750 전원 공급 장치로 비스트를 완성했으며... 그 구조는 공통 전력 및 네트워킹 제공으로만 통합된 5개의 독립적인 24노드 클러스터로 구성되어 있고 필요 시 독립적으로 작동할 수 있다. 이것들이 경첩으로 고정되어 있으며 각 구간의 뒷면 부품 배열은 구성 전체를 오각형에 가까운 단면을 가진 튜브로 접을 수 있다." Image courtesy resin.io

비스트 v2 (144노드) 현실에 안주하지 않는 resin.io는 자신들의 RPi 클러스터를 확장하여 비스트 v2를 개발했다. resion.io의 설명은 다음과 같다. "약 150kg의 무게에 2m에 가까운 높이를 가진 비스트 v2는 그 이름에 걸맞은 풍채를 갖고 있다... 전작과 마찬가지로 비스트 v2는 144대의 라즈베리 파이로 구성된 거대한 클러스터이다." 추가 내용도 있다. "우리는 비스트 v2 개발 과정에서 많은 것을 배웠고 비스트 v3를 위한 새롭게 개선된 디자인 개발에 즉시 착수했다. 우리는 비스트 v2의 크기와 규모가 인상적이긴 하지만 비스트 v1의 우아함이 없다는 사실을 깨달았다. 따라서 비스트 v3의 타일은 더욱 밀도가 높고 장치들 사이의 빈 공간이 줄어들 것이다. 가능한 많은 장치를 끼워 넣기를 바란다."

시모어(SeeMore, 250노드) 버지니아공대 조각 조교수 샘 블랑카드가 개발한 “시모어는 예술과 엔지니어링을 혼합하여 감상자들에게 컴퓨팅 사고가 조사하기 전에는 알 수 없는 '블랙박스' 안에만 존재하는 것이 아니라는 점을 알려주기 위해 컴퓨팅의 추상적인 개념을 유형의 경험으로 탈바꿈한 프로젝트이다. 이 운동 조각품은 사람과 동물을 닮은 256-노드 라즈베리 파이 컴퓨터 플러스터의 상호 운동을 통해 병렬 알고리즘의 내재적인 아름다움을 보여준다." 동영상이 꽤 멋지다. Image courtesy Sam Blanchard