Raspberry Pi mit ClusterHAT: Den kleinsten Cluster der Welt bauen, Teil 1

Ein Raspberry Pi, ein ClusterHAT und vier Pi Zeros: So bauen Sie den kleinsten Cluster der Welt und lernen dabei Netzwerk- und Cluster-Technologien kennen.

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Raspberry Pi mit ClusterHAT Teil 1: Den kleinsten Cluster der Welt einrichten

Ein Raspberry Pi, vier Pi Zeros und eine ClusterHAT-Aufsteckplatine machen aus fünf Bastelrechnern einen Computercluster mit der MFLOPS-Rechenleistung eines Cray-1 Supercomputers von 1975

(Bild: Michael Plura)

Von
  • Michael Plura
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Der britische Entwickler Chris Burton hat mit dem ClusterHAT eine Aufsteckplatine für den Raspberry Pi entwickelt, in die sich vier Raspberry Pi Zeros einstecken und vernetzen lassen. Zusammen mit einer speziellen Raspian-Distribution ergibt das einen winzigen, aber voll funktionsfähigen Rechencluster. Der ClusterHAT bietet damit einen preiswerten Einstieg, um Netzwerk- und Cluster-Technologien kennenzulernen. Darauf aufbauend kann man etwa ein kleines Rechenzentrum betreiben sowie Software in C oder Python für Cluster programmieren.

Die dem ClusterHAT zugrunde liegende Idee ist bestechend einfach: Man kann einen Raspberry Pi Zero im USB-On-The-Go-Modus (OTG) betreiben und dabei die Stromversorgung und die Kommunikation über eine einzige Micro-USB-Buchse abwickeln. Das funktioniert nur über die mit "USB" bezeichnete USB-Buchse (J10), nicht mit der PWR-Buchse (JP1). Die Verbindung zum Rest der Welt stellt ein einziges Micro-USB-Kabel her, dessen anderes Ende beispielsweise im PC steckt. Der muss dem am USB-Bus hängenden Pi Zero einen Netzwerkzugang für SSH-Zugriffe bieten oder kann notfalls auch über USB auf die serielle Konsole des Pi Zero zugreifen. Der Pi Zero startet ganz banal über seine Micro-SD-Karte, alternativ kann er auch über das Netzwerk booten – und das geht sogar über die OTG-USB-Verbindung. Über einen USB-Hub ließen sich an einem PC so mehrere Pi Zeros im OTG-Modus booten und betreiben, wobei der Kabelverhau wenig professionell aussieht.

Burton hat dafür eine elegante Lösung: Die benötigten Micro-USB-Stecker für die Pi Zeros lötet er auf eine Platine, die praktischerweise den Formfaktor und die Funktionsweise eines Raspberry Pi HAT bietet. HAT steht für Hardware Attached on Top und beschreibt allgemein die Erweiterungsplatinen für den Rasperry Pi. Im Fall des klassischen ClusterHAT hat die Platine, die auf die GPIO-Leiste eines Raspberry Pi 1A+/B+, 2, 3 oder 4 aufgesteckt wird, vier Micro-USB-Stecker und somit Platz für bis zu vier Pi Zeros. Ein voll bestückter ClusterHAT ist damit ein kleines Abbild eines klassischen Clusters: Ein Host- oder Master-System mit SSH-Zugang dient als Basis zur Steuerung und Kontrolle der Cluster-Nodes und stellt die Verbindung zum übrigen Netzwerk her. Die Nodes sind über ihr eigenes (OTG-USB-)Netzwerk miteinander und mit dem Host verbunden und können so kommunizieren und Daten austauschen.