Rasperry Pi – Cluster: Von Wetterbeobachtungen bis Bitcoin-Mining. Alles ist möglich.

Cluster-Computing mittels drei Raspberry Pi 3 Boards

Der Raspberry Pi fasziniert seit Jahren. Gerade im Bereich der Wetterdaten-Analyse eignet sich der Pi Mini-Computer, da er ohne große Stromkosten 24 Stunden am Tag laufen kann. Diverse Projekte habe ich bereits hier und hier vorgestellt.
Heute zeige ich, wie man drei Raspberry Pi 3 Boards platzsparend übereinander baut, wie man die Stromversorgung der Raspberry Hardware sicherstellt und das Rack schließlich in Betrieb nimmt.

Der Bau eines Raspberry Pi Rack

Für den Bau meines Raspberry pi Clusters war zuerst die Frage im Raum gestanden, wie ich die einzelnen Platinen gut und sicher miteinander verbinde, so dass es zu keinen Kurzschlüssen kommt. Dennoch sollte der Cluster so kompakt wie möglich bleiben. Kabel stecken oder ziehen muss dennoch jederzeit möglich sein. Ich habe mich für ein 180-teiliges Set an Distanzhülsen und Abstandshalter entschieden. Diese Abstandshalter kosten im Set rund 14 Euro, sind stabil und ermöglichen den Aufbau des Clusters in wenigen Minuten. Weiterer Vorteil: Man ist hier nicht auf einen Einsatzzweck begrenzt. Man kann den Pi-Cluster jederzeit wieder zerlegen, umbauen oder erweitern. Auch ist es so möglich, bei Bedarf eine Grundplatte aus Metall oder Holz anzufertigen und mittels der Abstandshalter die Raspberry Boards sicher zu verschrauben.

Die Stromversorgung des Raspberry Pi Cluster Server

Selbstverständlich ist es möglich, jedes einzelne Board (im Cluster wird ein Board auch Member oder Knoten bezeichnet) mit einem separaten Netzkabel zu betreiben. Ich wollte jedoch von vorneherein den Kabelsalat möglichst minimal halten, so dass ich eine zentrale Stromversorgung für alle Knoten bevorzugt habe. Meine Entscheidung fiel auf einen 40 Watt Anker PowerPort. Dieser Port bietet Anschlüsse für fünf USB-Geräte. Aktuell beziehen nur drei Raspeberry ihren Strom aus diesem Netzteil. Also noch reichlich Platz für Erweiterungen. Weiterer Vorteil: Ein Handy oder Smartphone ist auch darüber ladbar.
Nachteil dieser Lösung: Mangelnde Redundanz. Wenn das zentrale Netzteil ausfällt, ist der komplette Cluster off. Wenn man mit einzelnen Netzteilen arbeitet, ist dies eventuell schneller getauscht, da man vielleicht noch ein Netzteil in irgend einer Kramkiste hat. Inzwischen arbeitet mein Cluster jedoch fast ein Jahr, ohne dass es zu irgendwelchen Ausfällen kam.

Teileleiste für den Raspeberry Cluster

• 3×32 EUR: Raspberry Pi 3 Model B
• 3×5 EUR: 16GB Intenso Micro SDHC
• 1×15 EUR: Lightning Kabel, 4´er Pack
• 1×21 EUR: 40 Watt Anker PowerPort
• 1×14 EUR: Abstandshalter und Distanzhülse (Set)

Gesamtpreis für einen Raspberry-Cluster mit 3 Knoten: rund 160 EUR

Unser Video: So bauen Sie einen Raspberry Pi Cluster

So wird ein Raspberry Pi Cluster Server mit drei Raspberry Pi-Boards gebaut

Das Internet ist voll mit Bastelanleitungen, wie man einen Raspberry Pi Cluster bauen kann. Als Krönung der Absurdität wird mittels eines Raspberry Pi Clusters Bitcoin Mining betrieben. Hier stehen die Hardwarekosten und die laufenden Stromkosten eindeutig negativ dem Ertrag gegenüber. Dennoch mag es Anwendungen und Einsatzbereiche geben, die einen solchen Cluster sinnvoll erscheinen lassen. Die gesteigerte Performance ist schön – für anspruchsvolle Rechenaufgaben eignet sich ein solcher Pi-Cluster jedoch meines Erachtens nicht. Aber eines macht es auf jeden Fall: Einen Raspberry pi Cluster zu bauen, das macht Spass.

Das Raspberry pi cluster Tutorial

Kurt Braun zeigt in diesem Video, wie man die Raspberry Pi-Boards vernetzt, so dass die einzelnen Boards miteinander kommunizieren können. Kurt verwendet drei Raspberry Pi 3 Boards, einen WAGO Ethernet-Switch, ein Netzteil sowie eine 8GB microSD-Karte (im System als „Knoten“ bezeichnet). Seine Lösung, die drei Raspberry Pi’s mit einer DIN-Schienenhalterung vertikal zu verbinden, ist eine gute Lösung, die jedoch von meinem Cluster-Rack abweicht.

Cluster-Computing mit mehreren Raspberry Pi-Boards

Im Video wird sehr gut erklärt, wie man die notwendige Software installiert, um MPI-Anwendungen (Message Passing Interface) auszuführen. Er verwendet MPI For Python, wodurch Python-Programme mehrere Prozessoren nutzen können.

Das Raspberry Pi Cluster Gehäuse (Raspberry pi Cluster Case)

Es stellt sich natürlich die Frage, ob es ein passendes Gehäuse für einen Pi Mini-Cluster gibt. Ich habe einiges im Internet gefunden; jedoch hat mich nichts begeistert. Es stellt sich die Frage, wie die Wärmeableitung der einzelnen Boards auch in der Praxis zuverlässig funktioniert.
Die einfachste Möglichkeit ist natürlich, den Cluster in ein Elektronik-Fertiggehäuse zu stecken. Hier müssten nur die Gehäusemaße beachtet werden und ein entsprechende großes Gehäuse gekauft werden. Die Anschlüsse würden hier im Gehäuse liegen. Die Kabel können durch Bohrlöcher in das Gehäuse geführt werden. Diese Lösung schützt den Cluster vor Staub. Weitere Vorteile sehe ich nicht.
Mittels 3D-Drucker könnte man auch selbst ein vielleicht passenderes Cluster-Case entwerfen. Aber auch hier sehe ich den Aufwand nicht dem Nutzen gegenüber. Aber wenn sich einer die Mühe machen möchte – lasst es mich wissen!

Wenn Wetterstationen mittels USB ausgelesen werden, wie hier die WH1080, ist der Raspberry Pi eine gute Alternative zum 24-Stunden-Betrieb des eignen PCs.

Wie ich das Raspberry Cluster Rack einsetze

Egal wie man über solche Projekte denkt, einen Raspberry Supercomputer kann man nicht wirklich bauen, egal wie viele clustervernetzte Pis man einsetzt. Hier ist schlicht das einzelne Board, alleine betrachtet stromsparend und ausreichend in der Leistung, als Konten im Cluster viel zu schwach. Im Netz sind Anleitungen zu finden, wie ein solcher Cluster zum Bitcoin-Mining eingesetzt werden kann. Ob es sich lohnt? Wohl eher nicht. Dafür ist ein Raspberry, auch im Clusterverbund, einfach zu schwach. Doch ist der Pi Cluster eine großartige Lernumgebung.
Das Tolle an diesem Projekt ist auch, dass man nicht beschränkt ist, und nach dem Test die Komponenten wiederverwenden kann. Nachdem mein Pi-Cluster gebaut und ausgiebig getestet war, verschwanden die Komponenten nicht etwa auf dem Dachboden. Nein, ich habe die Cluster-Knoten wieder aufgelöst und jedes der drei Raspberry-Boards verarbeitet heute die Daten unserer Wetterstationen. Auf jedem Board ist eine eigenen Software (pywws auf dem Raspberry Pi) installiert erstellt Tag für Tag zuverlässig die Anzeige und Statistiken unserer Wetterdaten.