546
1399/02/22 --- 4:45
راه اندازی دومین ابررایانه ایرانی به نام دانشمند اابررایانه چیست؟
ابر رایانه به رایانه ای اطلاق می شود که دارای ظرفیت محاسباتی بالایی است. این نوع ابر رایانه ها برای اولین بار توسط مجله "نیویورک ورلد" برای جدول سازیهای IBM در دانشگاه کلمبیا به کار رفت.
ابر رایانه ها به دلیل به کارگیری طرح های ابتکاری و جدید با سرعتی بیشتر از رایانه های متداول کار می کنند. این طرحها آنها را قادر می سازند تا بسیاری کارها را به صورت موازی انجام دهند. حافظه این رایانه ها به گونه ای تنظیم شده است تا هر میزان داده را در کمترین زمان پردازش و ذخیره کند.
با توجه به کاربردهای وسیع این سیستم ها در حوزه هایی چون تحقیقات آب و هوایی، نمونه سازی مولکولی و محاسبه ساختارها و خصوصیات ترکیب های شیمیایی، شبیه سازیهای فیزیکی و تحقیقات در مورد جوش هسته ای و رمزگشایی در سالهای اخیر اقداماتی در جهت طراحی و تولید ابر رایانه ها در مراکز پژوهشی و دانشگاهی صورت گرفت.
ابزارهای نرم افزاری
ابزارهای نرم‌افزاری برای پردازش توزیع شده شامل APIهای استاندارد از جمله MPI, PVM و ابزارهای نرم‌افزاری متن باز ازجمله Beowulf, Warewulf, Open mosix هستند که ساختن یک ابررایانه را از شماری سرورها یا واحدهای کاری ممکن می‌کنند. فناوری‌هایی مثل ZerConf (Rendez-Vous/Bonjourقرار ملاقات/سلام) برای ساخت بسته‌های رایانه‌ای موردنیاز برای نرم‌افزارهای تخصصی مثل shake اپل هستند.
در علوم رایانه هنوز یک زبان برنامه‌نویسی ساده برای ابررایانه‌ها نیست و موضوع خوبی برای تحقیق خواهد بود. برنامه‌های کاربردی هزاران دلار هزینه داشت اما امروزه به لطف جامعهٔ متن باز (که گاهی در این زمینه فناوری‌های جالب توجهی به وجود می‌آورد) رایگان هستند.
ابررایانه‌ها با رم‌ها و کار آیی‌های بسیاری که دارند معمولاً برای عملیات حساس روی محاسبه از جمله مسائل فیزیک کوانتوم، هواشناسی، تحقیقات آب و هوا (از جمله تحقیق دربارهٔ گرم شدن کرهٔ زمین ( مدل‌سازی مولکولی ) مطالعهٔ ساختارها و محتویات ترکیبات شیمیایی، ماکرومولکول‌های بیولوژیکی، پلیمرها و بلورها ( شبیه‌سازی‌های فیزیکی ) مثل شبیه‌سازی هواپیماها در تونل‌های هوا، شبیه‌سازی انفجار سلاح‌های هسته‌ای و تحقیق دربارهٔ پیوست هسته‌ای تحلیل مخفی و … استفاده می‌شوند.
دانشگاه‌های بزرگ، مراکز نظامی و آزمایشگاه‌های تحقیقات علمی بزرگ‌ترین کاربران آن هستند. نوع خاصی از مسائل به نام مسائل بسیار مشکل، مسائلی که حل کامل شان نیازمند منابع رایانه‌ای نیمه بی پایان هستند.
یک مطلب قابل توجه در این مقاله تفاوت بین محاسبهٔ، توانایی محاسبه و ظرفیت است چنان‌که گراهام و همکارانش بررسی کرده‌اند. محاسبهٔ توانایی یعنی استفاده از ماکزیمم توان محاسبه برای حل یک مسئلهٔ بزرگ در کمترین زمان. این سامانه اغلب می‌تواند مسئلهٔ را با حجم و پیچیدگی که هیچ رایانه دیگری نمی‌تواند حل کند حل نماید. اما محاسبهٔ ظرفیت یعنی استفاده از توان محاسبهٔ مقرون به صرفه و کارآمد برای حل مسائل کم و بیش بزرگ یا شمار زیادی مسائل کوچک یا آمادگی برای اجرا روی سامانه توانایی استفاده می‌شود.
محاسبهٔ سرعت ابررایانه
سرعت ابررایانه بر اساس FLOPS محاسبه می‌شود که مخفف عملیات دقیق شناور در هر لحظه می‌باشد و معمولاً هم یک پسوند SI مثل ترا یا پتا با آن است. در حالت ترا بودن آن را TFLOPS ترافلاپ ده به توان دوازده FLOP و در حالت پتا بودن PFLOPS پتافلاپ ده به توان پانزده می‌گویند. این محاسبهٔ بر اساس مقیاسی که مارتیس بزرگ را تجزیه LU decomposition می‌کند صورت می‌گیرد. این نمونه مسائل حقیقی را بررسی می‌کند اما خیلی راحت‌تر از محاسبهٔ مسائل جهان واقعی است.
سریع‌ترین ابررایانه کنونی
پس از Tianhe-1A، نوبت به این غول چینی رسید تا رکورد سرعت را با ثبت عدد ۳۳٫۸۶ پتافلاپس بشکند. Tianhe-2 از پردازنده‌های Xeons و Xeon Phi اینتل از سری آیوی بریج استفاده می‌کند و در مجموع ۳ میلیون و ۱۲۰ هزار هسته پردازشی دارد. این ابر رایانه که ۱۷٬۸۰۸ کیلووات مصرف انرژی دارد، بر روی کاغذ قادر است به سرعت ۵۴٫۹ پتافلاپس هم دست یابد. پس اگر لازم شد، شاید بتواند برای حفظ جایگاه خود، سرسختانه بجنگد.
معماری ابر رایانه مدرن
چنان‌که در فهرست نوامبر ۲۰۰۶ می‌بینیم ده رایانه برتر فهرست پانصد رایانه برتر (و البته بسیاری رایانه دیگر در این لیست) معماری سطح بالا اما مشابهی دارند. هر کدام مجموعه‌ای از مولتی پروسسورهای تماماً SIMD هستند.
هر ابررایانه‌ای بسته به شمار مولتی پروسسورهای مجموعه، شمار پروسسورهای هر مولتی پروسسور و نیز شمار عملیاتی که می‌تواند به صورت هم‌زمان در هر پروسسور SIMD انجام بدهد از دیگر ابررایانه‌ها متفاوت می‌شود. در این سلسله چنین چیزهایی داریم:
یک مجموعه رایانه‌ای که رایانه‌های آن از طریق شبکهٔ سرعت بالا یا شبکهٔ تعویض (switching fabric) اتصال بسیار مفصلی با هم دارند. هر رایانه هم تحت نمونهٔ مجزایی از OS کار می‌کند.
رایانه مولتی پروسسور رایانه‌ای است که تحت OS مشخصی کار می‌کند و بیش از یک CPU دارد و در آن نرم‌افزار سطح عملکرد از شمار پروسسورها مستقل است. وظایفی مثل مولتی پروسسینگ متقارن (SMP) و دسترسی غیرهمشکل به حافظه (NUMA) را با هم انجام می‌دهند.
یک پروسسور SIMD یک دستور را بر چندین دسته اطلاعات به صورت هم‌زمان اجرا می‌کند. پردازنده می‌تواند چندمنظوره یا برداری با کاربرد خاص باشد. سطح عملکرد هم می‌تواند بالا یا پایین باشد.
طبق بررسی ماه نوامبر سال ۲۰۰۶ قانون مور (Moore) و اقتصاد مقیاسی (economy of scale) فاکتور اصلی در طراحی ابررایانه‌ها هستند. یک PC دسکتاپ مدرن امروزه قوی تر از یک ابررایانه پانزده سال پیش است و این طراحی‌هایی که سابقاً اجازه می‌داد ابررایانه‌ها از ماشین‌های دسکتاپ بهتر عمل کنند در طراحی PCها استفاده می‌شوند.