Как разместить большую MySQL-базу на нескольких серверах и как при этом будут работать индексы?
Как и сказал Роман Мирр, все очень сильно зависит от подробностей.
Вообще читайте про шардинг. Возможно вас устроит один из общеизвестных рецептов, и ничего не придется особо допиливать.
Не факт что нужен кластер. Зависит от профиля работы с СУБД. БД в основном запросы на чтение или запись?
У MySQL есть различные движки хранилищ и они подходят под разные профили работы. Нужно подбирать под нужды. Есть множество инструментов для профилирования и подгонки нужно применять по ситуации. Есть ещё Percona Server for MySQL.
Подгонять настройки MySQL нужно исходя из нагрузки и возможностей железа.