Rechenknoten

Rechenknoten sind zentrale Bausteine von Rechenclustern, in denen Benutzeraufgaben parallel ausgeführt werden. Jeder Rechenknoten ist eigenständig, verfügt über Prozessor(en), Arbeitsspeicher, lokale Speicherressourcen und eine Netzwerkschnittstelle und ist über eine Hochgeschwindigkeitsverbindung mit dem Rest des Clusters verbunden. Im Gegensatz zum Head- oder Login-Knoten führen Rechenknoten die eigentlichen Rechenaufgaben aus, oft in Form von MPI- oder OpenMP-Jobs, und kommunizieren über das Netzwerk.

Typische Hardware umfasst Mehrkern- oder Mehrprozessor-CPUs, großen RAM, ggf. lokalen SSD- oder HDD-Speicher für Zwischenspeicher, sowie ECC-RAM zur Fehlerkorrektur. Die Rechenknoten werden über Hochgeschwindigkeitsverbindungen wie InfiniBand, Omni-Path oder 10/25/100 Gigabit-Ethernet miteinander vernetzt, oft in Rack-Schaltschränken mit redundanten Netzteilen und Kühlung. Viele Cluster verwenden gemeinsam genutzte Parallel-Dateisysteme (z. B. Lustre, BeeGFS); Rechenknoten besitzen meist keinen großen lokalen Speicher.

Der Betrieb erfolgt über eine Job-Scheduling- oder Resource-Management-Software (z. B. Slurm, PBS, Grid Engine). Benutzer reichen Jobs über Warteschlangen ein; der Scheduler weist Rechenknoten zu, startet Prozesse (oft MPI), und sammelt Ergebnisse. Head-Knoten oder Steuerknoten verwalten das Cluster, starten Jobs, liefern Zugriff auf Dateisysteme und überwachen Ressourcen.

Wichtige Aspekte sind Skalierbarkeit, Energieeffizienz und Zuverlässigkeit. ECC-Speicher, redundante Netzteile, Monitoring und regelmäßige Wartung erhöhen die Stabilität. Rechenknoten bilden zusammen mit Storage- und Login-Knoten die Infrastruktur moderner HPC-Umgebungen und werden auch in Cloud- oder hybriden Umgebungen bereitgestellt.