سوپر کامپیوتر ها یا ابر رایانه ها، تاریخچه و کاربرد آن ها

سوپر کامپیوتر ها یا ابر رایانه ها، این اصطلاح معمولاً برای سریع ترین سیستم‌های با کارایی بالا، و موجود در هر زمان معین به کار می‌رود. چنین رایانه‌هایی عمدتاً برای کارهای علمی و مهندسی که به محاسبات بسیار سریع نیاز دارند، استفاده شده‌اند.

کاربردهای متداول برای ابررایانه‌ها شامل آزمایش مدل‌های ریاضی برای پدیده‌ها یا طرح‌های فیزیکی پیچیده، مانند آب و هوا، تکامل کیهان، سلاح‌های هسته‌ای و راکتورها، ترکیبات شیمیایی جدید(مخصوصاً برای اهداف دارویی) و رمزنگاری است. در دهه 1990، کسب و کارهای بیشتری شروع به استفاده از ابر رایانه‌ها برای تحقیقات بازار و سایر مدل‌های مرتبط با تجارت کردند.

ابرکامپیوترها یک مدل ارائه خدمات محاسبات از راه دور است که از طریق اینترنت، منابع محاسباتی مثل سرورها، ذخیره‌سازی، پایگاه‌داده، شبکه و سرویس‌های نرم‌افزاری را فراهم می‌کنند.

ویژگی‌های اصلی ابرکامپیوترها عبارتند از:

قابلیت مقیاس‌پذیری (Scalability): ابرکامپیوترها به کاربران این امکان را می‌دهند تا به راحتی منابع محاسباتی خود را افزایش یا کاهش دهند. این ویژگی این امکان را فراهم می‌کند که در صورت نیاز به منابع بیشتر، بدون نیاز به سرمایه‌گذاری اولیه بزرگ، از آن‌ها استفاده شود.

دسترسی از هر جا و هر زمان (Ubiquitous Access): کاربران می‌توانند از طریق اینترنت به منابع ابرکامپیوتری دسترسی داشته باشند، بنابراین مکان و زمان دسترسی به سرویس‌ها محدود نمی‌شود.

تقسیم‌پذیری (Resource Pooling): منابع محاسباتی مانند پردازنده، حافظه و ذخیره‌سازی به صورت مشترک و تجمیعی ارائه می‌شوند. این منابع به صورت اتوماتیک به برنامه‌ها اختصاص می‌یابند.

برای مشاهده ویدئوهای آموزش و نکته و تست کنکور کامپیوتر مجموعه آموزشی استاد یوسفی کلیک کنید. 

سرویس مدل (Service Models): ابرکامپیوترها اغلب با مدل‌های سرویس مختلفی ارائه می‌شوند، از جمله نرم‌افزار به عنوان سرویس (SaaS)، زیرساخت به عنوان سرویس (IaaS) و پلتفرم به عنوان سرویس (PaaS).

خدمات بهینه‌سازی (Managed Services): ابرکامپیوترها بسیاری از فعالیت‌های مدیریتی و نگهداری را به صورت خودکار و بهینه انجام می‌دهند. این شامل پشتیبانی، به‌روزرسانی‌ها، امنیت، و مدیریت منابع است.

قابلیت مقیاس‌پذیری عمودی و افقی (Vertical and Horizontal Scalability): می‌توان منابع را به صورت عمودی (افزایش قدرت پردازشی یک منبع) یا افقی (افزایش تعداد منابع) افزایش داد.

امنیت (Security): امنیت اطلاعات و داده‌های مخزن شده در ابرکامپیوترها یک اولویت بسیار مهم است. این ابرکامپیوترها از ابزارها و فناوری‌های امنیتی برای حفاظت از اطلاعات کاربران استفاده می‌کنند.

استفاده از این ویژگی‌ها کمک می‌کند تا سازمان‌ها و افراد بتوانند به بهترین نحو از منابع محاسباتی و خدمات ارائه شده توسط ابرکامپیوترها بهره‌مند شوند.

ابر رایانه ها برای چه مواردی استفاده می‌شوند؟

ابرکامپیوترها محاسباتی با منابع فشرده انجام می‌دهند که کامپیوترهای همه منظوره قادر به انجام آن نیستند. آن‌ها اغلب برنامه‌های مهندسی و علوم محاسباتی را اجرا می‌کنند، مانند:

• پیش بینی آب و هوا برای پیش بینی تأثیر طوفان‌های شدید و سیل.
• اکتشاف نفت و گاز برای جمع‌آوری مقادیر عظیمی از داده‌های لرزه‌ای ژئوفیزیکی برای کمک به یافتن و توسعه ذخایر نفت.
• مدلسازی مولکولی برای محاسبه و تجزیه و تحلیل ساختارها و خواص ترکیبات شیمیایی و بلورها.
• شبیه سازی های فیزیکی مانند مدل سازی ابرنواخترها و تولد کیهان.
• آیرودینامیک مانند طراحی خودرویی با کمترین ضریب درگ هوا.
• تحقیقات گداخت هسته‌ای برای ساخت یک راکتور همجوشی هسته‌ای که انرژی را از واکنش‌های پلاسما می‌گیرد.
• تحقیقات پزشکی برای تولید داروهای جدید سرطان، درک عوامل ژنتیکی که در اعتیاد به مواد افیونی نقش دارند و یافتن درمان‌هایی برای بیماری‌های خاص.
• شناسایی مواد نسل بعدی برای یافتن مواد جدید برای ساخت.
• تجزیه و تحلیل رمزگذاری برای تجزیه و تحلیل متن رمزی، رمزها و سیستم‌های رمزنگاری برای درک نحوه عملکرد آنها و شناسایی راه های شکست آن‌ها.

مانند هر کامپیوتر دیگری، ابررایانه‌ها برای شبیه سازی واقعیت اما در مقیاس بزرگتر استفاده می‌شوند. 

معرفی چندتا از ابر رایانه های برتر جهان

سوپر کامپیوتر Summit

بدون شک در حال حاضر IBM پیشتاز ابرکامپیوترها محسوب می‎شود. Summit قدرتمندترین سوپر کامپیوتر دنیا نیز ساخت این شرکت است که برای آزمایشگاه ملی اوک ریج ( Oak Ridge ) وزارت انرژی ایالات متحده در تنسی ساخته شده است.

قدرتمندترین ابر رایانه در جهان امروز Summit است که توسط IBM برای آزمایشگاه ملی اوک ریج وزارت انرژی ایالات متحده در تنسی ساخته شده است. این ابر کامپیوتر معادل دو زمین بسکتبال را اشغال می‌کند و به لطف 2.41 میلیون هسته خود به عملکرد بی‎نظیر 148.6 پتالفاپ می‎‌رسد.

Summit با هشت برابر سرعت سریع‎‌ترین ابر کامپیوتر قبلی امریکا، یک پیشرفت بزرگ برای این کشور و حتی جهان به حساب می‎ آید و اولین سوپرکامپیوتری است که برای استفاده در برنامه‌های هوش مصنوعی ساخته شده است.

ابرکامپیوتر Sierra

دومین ابر کامپیوتر در این رده بندی یعنی Sierra هم ساخت شرکت IBM است که برای آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور در کالیفرنیا ساخته شده است. این سوپر کامپیوتر دارای 1,572,480 هسته است که توسط پردازنده‎‌های IBM Powe9 تهیه شده و توسط شتاب دهنده‌های Nvidia Volta GV100 تقویت شده است.

برای مطالعه مقالات بیشتر کلیک کنید. 

ابر کامپیوتر SUNWAY TAIHULIGHT

چین با ابر کامپیوتر TAIHULIGHT برای 2 سال در رتبه یک برترین ابرکامپیوترها قرار گرفته بود ولی با روی کار آمدن دو سوپر کامپیوتر قبل، به رتبه سوم سقوط کرد. با این حال هنوز هم این سیستم جزو برترین‎ های این حوزه محسوب می‎شود.

TAIHULIGHT در مرکز ملی تحقیقات مهندسی و فناوری محاسبات چین ساخته و در مرکز ملی ابرکامپیوترها در Wuxi نصب شده است. این سوپر کامپیوتر بر خلاف سایر دستگاه ‎های هم رده خود، فاقد تراشه شتاب دهنده است و سرعت پردازنده آن به 93.0 پتافلاپ می‎رسد.

TIANHE-2A

در رتبه چهارم این لیست ابر کامپیوتر چینی TIANHE-2A یا راه شیری قرار گرفته است. این سوپر کامپیوتر توسط دانشگاه ملی چین تهیه شده است و مجهز به پردازنده Intel Xeon با تعداد نزدیک به 5 میلیون هسته است که به آن اجازه می‎دهد سرعت آن تا به 61.4 پتافلاپ برسد، طبق صحبت ‎های مقامات چینی از این سیستم برای محاسبات مربوط به امنیت دولت این کشور استفاده می‎شود.

frontera

ابرکامپیوتر frontera توسط شرکت Dell ساخته شده است و در مرکز محاسبات پیشرفته دانشگاه تگزاس قرار گرفته است. این سوپر کامپیوتر مجهز به پردازند های اینتل می‎باشد. این ابر کامپیوتر توانست به سرعت جای خود را میان برترین ‎های این حوزه باز کند و در رده پنجم این لیست قرار بگیرد.

frontera در سپتامبر 2019 به عنوان سریعترین ابرکامپیوتر جهان که در یک دانشگاه قرار دارد، رونمایی شد. سه تیم علمی در زمینه تحقیقات مربوط به فیزیک سیاه چاله ‎ها ، مکانیک کوانتومی ، طراحی دارو و مدل های اقلیمی پژوهش ‎های خود را با این سیستم انجام داده‎ اند.

قدرت 23.5 پتافلاوب این سوپرکامپیوتر در خدمت علم قرار گرفته است. این ظرفیت محاسباتی بسیار بالا در رشته‎ های اختر فیزیک، علم مواد، انرژی، ژنومیک و الگوبرداری از بلایای طبیعی مفید واقع خواهد شد.

توسعه تاریخی سوپر کامپیوترها

توسعه تاریخی سوپرکامپیوترها (Supercomputers) نشان‌دهندهٔ پیشرفت فناوری محاسبات است که از دهه ۱۹۶۰ شروع شده و تا به امروز ادامه دارد. در طول این دوره، سوپرکامپیوترها نقش مهمی در پیشرفت پژوهش‌های علمی، مهندسی و تحقیقات فناوری اطلاعات ایفا کرده‌اند. در زیر، به برخی از مراحل کلیدی در توسعه سوپرکامپیوترها اشاره خواهیم کرد:

دهه ۱۹۶۰

در این دهه، سوپرکامپیوترها برای اولین بار به صورت تجاری و عمومی تولید شدند. CDC 6600، ساخته شده توسط شرکت Control Data Corporation (CDC)، اولین سوپرکامپیوتر تجاری به شمار می‌رود. این کامپیوتر توسط سیمور کری استارچی توسعه یافت و سرعت بسیار بالا و کارایی قابل توجهی داشت.

دهه ۱۹۷۰

 در این دهه، سوپرکامپیوترها به سرعت بهبود یافتند. در سال ۱۹۷۶، Cray-1 توسط سایمور کری ساخته شد. این کامپیوتر با پردازشگر v‌کانالی به عنوان اولین پردازنده بیت‌های موازی شناخته می‌شد و در آزمایش‌های نظامی و پژوهشی گسترده‌ای استفاده شد.

دهه ۱۹۸۰

 در این دهه، Cray Research توسط Cray-2 و Cray X-MP موفق به توسعه‌ی کامپیوترهای دیگری شد. این دوران همچنین با توسعه کامپیوترهای مبتنی بر وکتور، مانند NEC SX ساخته شده در ژاپن، همراه بود.

دهه ۱۹۹۰

 در این دوره، سوپرکامپیوترها به دلیل نیازهای افزایش یافته در زمینه‌های علمی و نظامی، بهبودهای چشمگیری داشتند. این دوره با عرضه کامپیوترهای Cray T3D و T3E شرکت Cray، که از معماری موازی استفاده می‌کردند، همراه بود.

دهه ۲۰۰۰

 با گذشت زمان، کشورها و شرکت‌ها به رقابت برای داشتن سوپرکامپیوترهای قوی‌تر پرداختند. در این دوره، کامپیوترهایی همچون IBM Blue Gene، NEC Earth Simulator، و Cray XT5/Jaguar به عنوان یکی از قوی‌ترین و پرکارایی‌ترین سوپرکامپیوترها شناخته شدند.

دهه ۲۰۱۰

در این دوره، توسعه سوپرکامپیوترها به سمت معماری‌های همگانی (general-purpose) و استفاده از پردازنده‌های گرافیکی (GPUs) برای افزایش کارایی گسترش یافت. کامپیوترهای معروفی همچون Summit و Sierra در این دوره ارائه شدند.

دوره حال حاضر

در حال حاضر، سوپرکامپیوترها به نوعی از فناوری‌های هوش مصنوعی برای انجام پردازش‌های پیچیده استفاده می‌کنند. برخی از پروژه‌های معروف این دوره شامل Fugaku (توسط RIKEN در ژاپن) و سوپرکامپیوترهای Summit و Frontier در ایالات متحده هستند.

توسعهٔ سوپرکامپیوترها همواره در حال ادامه است و این دستاوردهای تازه ادامه پیدا می‌کند که بهبود و پیشرفت در زمینه‌های علمی، تحقیقاتی، و صنعتی را تسهیل می‌کند.

اگرچه ابررایانه‌ها در ابتدا در مقادیر محدود برای دولت تولید می‌شدند، فناوری توسعه‌یافته راه خود را به جریان اصلی صنعتی و تجاری باز کرد. به عنوان مثال، دو شرکت آمریکایی، Control Data Corporation (CDC) و Cray Research، صنعت ابررایانه تجاری تجاری را از اواسط دهه 1960 تا اواخر دهه 1970 رهبری کردند. CDC 6600 که توسط سیمور کری طراحی شده است، اولین ابررایانه تجاری موفق در نظر گرفته می شود. IBM بعداً از دهه 1990 تا امروز به یک رهبر صنعت تجاری تبدیل شد.

ما اینجاییم که تا انتهای مسیر همراه شما باشیم، در کنارهم تجربه کنیم، بیاموزیم و رتبه برتر شویم.

برای دریافت مشاوره رایگان کنکور با شماره‌های 88922915-021| 88809039-021 تماس بگیرید و یا به تلگرام مجموعه به شماره: 09384361587 پیام بدهید.