جت

ابررایانه چیست و در چه مواردی کاربرد دارد؟

ابررایانه چیست و در چه مواردی کاربرد دارد؟
 ۱۳۹۷/۱۱/۱۵ | ۲۲:۱۳
خلاصه این مطلب: در مورد ابررایانه ها، کاربرد ابررایانه ها در زمینه های مختلف و انواع ابررایانه ها می توانید از طریق این مقاله اطلاعات بیشتری کسب کنید.

اصول کار ابر رایانه بر پایه کار زیاد در حداقل زمان است. ابررایانه ها قادر به انجام کارهایی در چند ثانیه‌اند که یک رایانه معمولی برای انجام آن به چند هفته و یا شاید چند ماه زمان نیاز دارد. ابر رایانه‌ها از تعداد بسیار زیادی ریز پردازنده تشکیل شده‌اند که توان بسیار بالایی از انرژی را برای پردازش اطلاعات در کمترین زمان ممکن مصرف می‌کنند، به همین دلیل نگهداری این ماشین‌های قدرتمند بسیار مشکل و پر‌هزینه است. آنها باید در اتاق‌هایی بزرگ و دمای بسیار پایین نگهداری شوند.

 

تاریخچه‌ی ابر کامپیوترها

همه‌ی ما می‌دانیم که وظیفه‌ی کامپیوترها محاسبه و پردازش اطلاعات است و رایانه‌های مختلف با دقت و زمان‌ متفاوت این کار را انجام می‌دهند. ابرکامپیوتر به رایانه‌ای گفته می‌شود که در کم‌ترین زمان، اطلاعات بیشتری را با دقت بالاتر پردازش کند. ابررایانه‌ها با دو پارامتر سرعت و ظرفیت پردازش مقایسه می‌شوند‌. این کامپیوترها از طریق پردازشگری موازی به این سرعت فوق العاده دست پیدا می‌کنند. در این شیوه شمار زیادی از پردازشگرهای کامپیوتری به طور همزمان اعمال محاسباتی را انجام می‌دهند.
تعریف ابرکامپیوتر در زمان‌های مختلف‌، متفاوت است. رایانه‌های رومیزی و لپتاپ‌های امروزی، ابرکامپیوترهای دیروز بوده‌اند؛ شاید هم در سال‌های آینده ابر رایانه‌های امروز در دسترس عموم قرار گیرند. سیمور کری(seymor cray) را پدر ابرکامپیوترها می‌دانند. او با اعتقاد به جمله‌ی معروفش" کاری را انجام دهید که بقیه قادر به انجام آن نیستند." قدم به دنیای طراحی ابر رایانه‌ها گذاشت. اولین نوع آن در سال1964 در شرکت کنترل داد‌ه‌ها (CDC) و با نام6600CDC  طراحی و ساخته شد.چند سال بعد دو مدل ارتقا یافته با نام‌های CDC7600 و CDC8600  ساخته شد که نوع پردازشگر آن‌هاپیشرفته‌ تر بود و از روش برداری برای تحلیل‌ها استفاده می‌کردند.

 

ابر رایانه چیست


چند سال بعد، در1972، کری CDC را ترک و شرکتی با نام خود تاسیس کرد. تا سال‌ها ابررایانه‌های شرکت کری در دنیا بی‌رقیب بودند. برای اولین بار مرکز پیش بینی آب و هوای اروپا با استفاده از CDC6600  توانست تغییرات آب و هوای 12روز اروپا را پیش‌بینی کند که این محاسبه 10 روز به طول انجامید. اما با استفاده از اولین ابررایانه‌ی شرکت کری به نامCRAY1-A  توانستند10 روز تغییرات آب و هوای اروپا را در کمتر از 5 ساعت پیش بینی کنند. با پیشرفت تکنولوژی سرعت و دقت پردازش این رایانه‌ها بیشتر شد و هرسال ابررایانه‌های قدرتمندتری معرفی می‌شوند.
امروزه علاوه بر کمپانی کری، شرکت‌های IBM  و HP نیز اصلی‌ترین تولیدکننده‌های ابر کامپیوتر در دنیا هستند. این کامپیوترها از قطعاتی مانند کابینت تشکیل شده‌اند که با اتصالات مختلف به هم مرتبط می‌شوند و در یک اتاق بسیار بزرگ کنار هم قرار می‌گیرند.

 

از انواع ابررایانه‌ها چه استفاده ای می‌شود؟

انواع گوناگونی از رایانه‌ها، از رایانه‌ای رومیزی و لپ‌تاپ‌ها و انواع سرورها تا به امروز ساخته شده‌اند اما کارکرد تمام آنها بر پایه پردازش اطلاعت است. در واقع تکامل رایانه به ما نشان می‌دهد که چگونه امکان دارد یک ماشین بزرگ و پیچیده در راه تکامل به ماشینی کوچک بر روی میز کار دفتر و یا خانه‌های ما تبدیل شود . تصویری که از رایانه در ذهن مردم وجود دارد دستگاهی است بسیار بسیار هوشمند که با سرعت بسیار زیاد در پردازش اطلاعت قادر به هر کاری است . اما این تصویر یک ایده دور از ذهن در در شهر آرزوهای رایانه نیست بلکه این دستگاه‌ها وجود دارند . 
ابررایانه‌ها بازوی قدرتمند علمی در همه‌ی کشورها هستند. قدرت و سرعت این کامپیوترها به نوعی نشان‌دهنده‌ی توان علمی یک کشور است که دولت‌ها برای ارتقا و پیشرفت آن‌ها برنامه‌های مشخصی دارند. هنگامی که بنیاد ملی علوم ایالات متحده (NSF) در سال 1996 تصمیم گرفت که یک ابرکامپیوتر NEC  ژاپنی برای مرکز تحقیقات آب و هوایی کلرادو خریداری کند، این تصمیم به عنوان یک نقطه ضعف عمیق در مجامع علمی آمریکا قلمداد شد و مانع اجرای آن شدند و به جای آن قانونی برای ارتقای محاسبه‌ی برداری ابرکامپیوترها به تصویب رسید. بسیاری از کشورها از انتقال تکنولوژی ساخت این رایانه‌ها امتناع می‌ورزند و سعی می‌کنند انحصار تولید این غول‌های پردازش‌گر را حفظ کنند. ابرکامپیوترها به دلیل قدرت پردازش و سرعت بسیار بالا در بخش‌های مختلف علمی کاربرد فراوان دارند که در ادامه به نمونه‌هایی از آن اشاره می‌شود.

  • زیست شناسی

از ابر رایانه میتوان برای ارائه مدل کار سیستم عصبی یا مغز یک ارگانیسم استفاده کرد . در سال 2006 موسسه اکول پلی تکنیک فدرال در لوزان فرانسه توانستند با استفاده از یک ابر رایانه مدل بخشی از مغز موش را شبیه سازی کنند با اینکاردانشمندان توانستند بفهمند که مغز چگونه پیام‌های عصبی را تولید و ارسال می‌کند هرچند که رایانه موفق به پردازش بخش بسیار کوچکی از مغز یک جاندار زنده شد ولی می‌توان آن را موفقیتی بزرگ دانست.

در سال 2009 با سرمایه گزاری شرکت IBM و دانشگاه استانفورد دانشمندان توانستند با استفاده از ابررایانه به شبیه سازی 1% از مغز انسان بپردازند . آن‌ها امیدوارند تا 10 سال آینده بتوانند به طور کامل مغز انسان را شبیه سازی کنند . این موضوع در علم زیست شناسی اهمیت ویژه دارد . با این کار دانشمندان می‌توانند درک کنند که مغز چگونه کار می‌کند؟ چگونه پیام ها منتقل می‌شوند؟ چگونه خاطرات ذخیره می‌شوند و … . مغز انسان مهم‌ترین بخش بدن است ولی دانش بشر تا شناخت کامل آن فاصله زیادی دارد که پر کردن این فاصله یکی از کارهای اساسی ابر رایانه در علم زیست شناسی است.

  • هواشناسی و زمین‌شناسی

ساده ترین کاربرد ابرکامپیوترها در علم هواشناسی و مطالعه‌ی تغییرات آّب و هوایی زمین است. ابررایانه‌ها می‌توانند با تحلیل داده‌ها و پردازش آن‌ها الگوهای تغییرات آب و هوایی را پیش بینی کنند. با کمک این تحلیل‌ها می‌توان آمادگی لازم را در مقابل بسیاری از بلایای طبیعی مانند طوفان‌ها، سیل وسونامی کسب کرد.
دپارتمان دفاعی ایالات متحده‌ی آمریکا با استفاده از ابرکامپیوتر‌ها مدل جدید و دقیقی از وضعیت جوی تهیه کرده که به کمک آن می‌توان گردباد‌ها و طوفان‌های خطرناک را  تا 5 روز قبل از وقوع آن‌ها پیش‌بینی کرد. هم‌چنین با تحلیل اطلاعات زمین شناسی مناطق زلزله خیز را مشخص می‌کنند تا با شناخت این نقاط از آسیب‌ها و خسارات احتمالی تا حدامکان جلوگیری شود.

  • صنایع علمی و مهندسی

ابرکامپیوترها در صنعت هوافضا نقش اساسی ایفا می‌کنند و بدون وجود آن‌ها، ساخت و پرتاپ موشک‌ها و ماهواره‌ها غیر ممکن است. طراحی و شبیه سازی موتور جت و پیش بینی چگونگی حرکت آن، نحوه قرارگیری ماهواره‌ در مدار و جزییات مصرف سوخت موتور فضاپیما از مواردی است که انسان به تنهایی قادر به محاسبه‌ی آن‌ها نیست، یا حداقل ده‌ها سال حل معادلات آن به طول می‌انجامد. اما کامپیوتر‌های پیشرفته‌ی امروزی در چند ساعت یا چند دقیقه تمام اطلاعات مورد نیاز را در اختیار مهندسان قرار می‌دهند.
از دیگر کاربردهای این کامپیوترها می‌توان به محاسبه‌ی دقیق محل حفر چاه‌های نفت و گاز در دریاها، حل مسایل پیچیده‌ی علمی در دانشگاه‌ها و مراکز تحقیقاتی، صنایع هسته‌ای و بهبود عملکرد هواپیماها و.. اشاره کرد.

  • صنایع نظامی

در صنایع هوایی و نظامی ابر رایانه‌ها با با شبیه‌سازی الگوهای پرواز ، مدل سازی پرواز و مسائل آیرودینامیک پرواز می‌توانند کمک خوبی در پیشرفت این تکنولوژی داشته باشند. آزمایش تسلیحات و توان نظامی ارتش‌ها علاوه بر مخرب و پرهزینه بودن، توانمندی‌های نظامی هرکشور را برای دشمنان آشکار می‌کند. برای پیشگیری از این آسیب‌ها لازم است تا  برخی شبیه سازی‌ها به کمک ابرکامپیوترها انجام شود. تعیین هدف دقیق برای موشک‌ها از مواردی است که این رایانه ها انجام می‌دهند. این‌گونه محاسبات باید با دقت بسیار بالا انجام شود و کوچک‌ترین خطا در یک ده هزارم اعشار هم می‌تواند مسیر حرکت موشک‌ها را به کلی تغییر دهد و ممکن است به جای دشمنان، دوستان را مورد هدف قرار دهد!

  • صنایع پزشکی

پروتئین‌ها یکی از اجزاء بسیار اساسی زیستی هستند که ساختار مولکولی سه بعدی و پیچیده‌ای دارند. با تغییر اندکی در ساختار مولکولی ، پروتئین ها می‌توانند واکنش‌های متفاوتی را در بدن ایجاد کنند. بیماری‌هایی مانند آلزایمر و فیبروز کیستیک با این پروتئین‌ها در ارتباط است بنابراین شناخت ماهیت پروتئین‌های معیوب و چگونگی پروتئین‌های نرمال،کلیدی است برای یادگیری این که چرا و چگونه چنین بیماری‌هایی رخ می‌دهند و راه درمان آنها چیست؟ شببیه سازی و بررسی پروتئین‌ها کار بسیار پیچیده و پر محاسبه‌ای است که که توسط ابررایانه‌ها انجام می‌شود. 
هم‌چنین جریان خون ، مسیر و سرعت آن، عواملی هستند که در کارکرد صحیح بدن نقش اساسی دارند. یکی از استفاده‌های پزشکی از ابر رایانه‌ها شبیه‌سازی این فرایندها در بدن است. به عنوان مثال می‌توان با مقایسه عملکرد جریان خون در افراد مختلف به انواع اختلالات خونی و عملکرد آن پی برد .
همان‌طور که می‌دانید بدن انسان مجموعه‌ای از فعالیت‌های منظم و پیچیده است که تاکنون بسیاری از آن‌ها ناشناخته مانده است. ابررایانه‌ها به علم پزشکی هم وارد شده‌اند و در شناخت و تشخیص بیماری‌ها و روش درمان آن‌ها اثرات مهمی داشته اند. برای مثال شبیه سازی مغز انسان و سیستم گردش خون، دو نمونه از مهم‌ترین دستاوردهایی است که ابررایانه‌ها برای علم پزشکی به همراه داشته‌اند.

  • نجوم

یکی دیگر از علومی که ابر رایانه ها در پیشرفت آن نقش اساسی دارند علم نجوم است . مدل سازی مسیر حرکت و رفتار اجرام آسمانی . بررسی توفان‌های خورشیدی، اثر آنها بر زمین و بررسی اینکه چگونه بعد از انفجار بزرگ، زمین،ستاره‌ها و اجرام دیگر در فضا شکل گرفته‌اند و اینکه چند سال از عمر جهان می گذرد؟ چقدر تا پایان عمر جهان باقی مانده است؟ این‌ها از سوالاتی است که دانشمندان سعی در حل آن به وسیله ابر رایانه دارند.
برای اولین بار به کمک ابرکامپیوترها چگونگی تشکیل اولین کهکشان مدل‌سازی شد. همچنین نحوه‌ی تشکیل ستاره‌ها، سیاره‌ها و سیاه‌چاله‌ها نیز با کمک این کامپیوترها بررسی شده است.

  • بلایای طبیعی

با پیش‌بینی فجایع و  بلایای طبیعی می‌توان تا حد زیادی از تاثیرات کشنده آن  جلوگیری کرد و یا آسیب ها را به حداقل رساند. ابر رایانه‌ها می‌توانند تا حدی مسیر طوفان‌ها ، گردبادها و یا سونامی‌ها را پیش‌بینی کنند. همچنین آنها می‌توانند با تجزیه و تحلیل لرزه‌های زمین، محل و مسیر زمین لرزه‌ها را تا حدودی پیش‌بینی و از این طریق از وقوع فجایع جلوگیری کنند. 
 

10 ابررایانه برتر دنیا را بشناسید

سه کشور آمریکا، چین و ژاپن قدرت‌های تولید ابررایانه در دنیا هستند و همواره بین این سه کشور رقابت برای تولید بهترین ابرکامپیوتر وجود دارد. آمریکا با داشتن 199 ابررایانه، بیشترین تعداد را به خود اختصاص داده است. پس از آن چین با 109و ژاپن با 37 ابر رایانه در جایگاه‌های بعدی قرار دارند.
برای رتبه بندی این غول‌های پردازشگر، پارامترهای مختلفی بررسی می‌شود که مهم‌ترین آن‌ها فلاپ(flop) است. فلاپ در واقع واحد اندازه‌گیری قدرت پردازش همزمان یک سیستم در ثانیه است. در ادامه با 10 ابرکامپیوتر برتر دنیا و ویژگی‌های آن‌ها آشنا می‌شوید. این لیست مربوط به پایان سال2018 میلادی است و تمام اطلاعات آن به روز شده است.

  • 10-سکویا(sequoia)

کمپانی IBM این ابرکامپیوتر را در سال2012 برای لابراتوار ملی لاورنس لیورمور طراحی کرد. قدرت پردازشی سکویا 17.1پتافلاپس است و از 1573000 هسته‌ی پردازشی استفاده می‌کند. در حال حاضر سازمان امنیت ملی هسته ای امریکا برای شبیه سازی های بزرگ در زمینه افزایش طول عمر تسلیحات هسته ای از سکویا بهره می‌برد.

  • 9-تیتان(TITAN)

تیتان در آزمایشگاه ملی اوک ریج و زیر نظر وزارت انرژی ایالات متحده آمریکا قرار دارد. این ابررایانه که در کمپانی کری ساخته و طراحی شده است، 17.6پتا فلاپس  و 560000 هسته‌ی پردازش‌گر دارد و در مدل‌سازی‌ها و محاسبات وزارت انرژی کاربرد دارد. تیتان با 8209 کیلووات مصرف انرژی سومین ابررایانه‌ی بهینه‌ی دنیاست.

  • 8-SUPER MUC-NG

شرکت لنوو این ابرکامپیوتر رادر سال 2018 و برای مرکز لینبیز واقع در شهر مونیخ آلمان طراحی کرده است. قدرت 19.47 پتا فلاپس و 305856 هسته پردازشی، این کامپوتر را به یکی از قدرتمندترین رایانه‌ها در اروپا تبدیل کرده است.

  • 7-ABCI

این ابررایانه تنها نماینده‌ی ژاپن درلیست 10کامپیوتر برتر دنیاست.  ABCI که محصول شرکت فوجیتسو است، در دانشگاه توکیو قرار دارد و در اختیار مرکز ملی علوم و تکنولوژی ژاپن است تا با  قدرت  19.9پتافلاپس و 391.680 هسته ای که دارد، تحولی در محاسبات ایجادکند.

  • 6-ترینیتی(TRINITY)        

 ترینیتی آخرین فرزند کمپانی کری تا به امروز است. ترینیتی متعلق به آزمایشگاه ملی لس الاموس است که با هدف پیش‌بینی و مقابله با گسترش سلاح‌های هسته‌ای برای استفاده‌ی دانشمندان توسعه یافته است. قدرت آن20.1پتا فلاپس و 979000 هسته برای پردازش اطلاعات مربوط به سلاح‌های هسته ای دارد.

  • 5-PIZ DIANT

این ابررایانه با ظرفیت 21پتا فلاپس و 387872 هسته در شرکت کری ساخته شده و در اختیار مرکزملی محاسبات پیشرفته در کشور سوییس قرار دارد.

  • 4-تیان هه (TIANHE2-A)

تیان هه در زبان چینی به معنی کهکشان راه شیری است. این ابررایانه‌ زمانی به عنوان قوی‌ترین نمونه‌ی موجود شناخته می‌شد و در صدر لیست قرار داشت. تیان‌هه-۲ از وجود 4981760 هسته‌ی پردازشی بهره می‌برد که قدرت 61 پتافلاپسی را در اختیار کاربرانش قرار می‌دهد. دانشگاه ملی تکنولوژی دفاعی چین میزبان این رایانه است.

  • 3-سان وی تایهو لایت(SUNWAY TAIHU LIGHT)

سان وی قدرتمندترین ابر رایانه‌ی چینی در دردنیاست. نکته‌ی قابل توجه در این رایانه این است که کاملا بومی است و تمام قطعات و پردازنده‌های آن کاملا در چین تولید شده است. قدرت آن 93پتافلاپس و تعداد هسته‌های آن10649600 است.

  • 2-سیرا (SIERRA)

سیرا یکی از قدرتمندترین ابرکامپیوترهای حال حاضر دنیاست که توسط شرکتIBM عرضه شده است. هرچند سیرا از رقیب قدرتمندش، سان وی تعداد پردازنده‌های کمتری دارد؛ بااین حال با قدرت معادل 94پتا فلاپس از سان وی پیشی گرفته است.

  • 1-سامیت(SUMMIT)

سامیت در لغت به معنای قله و بلندی است. به راستی که شرکتIBM با ارائه‌ی این ابرکامپیوتر توانسته بر قله‌ی ابررایانه‌های دنیا قرار گیرد. قدرت این ابرکامپیوتر فوق پیشرفته 143پتافلاپس است که تقریبا 1.5برابر رقبایش است.حدود 2397800 هسته‌ی پردازشی در این کامپیوتر جای گرفته‌اند تا سرعت فوق‌العاده‌ای برای محاسبات و تحلیل‌ها فراهم کنند.
 

جمع بندی: ابر رایانه چیست؟

ابررایانه ها ماشین‌های سودمندی هستند که در انجام آزمایشات و پژوهشات در زمینه های مختلف نقش حیاتی دارند و انسان را از شر بسیاری محدودیت ها نجات داده‌اند. ابر رایانه‌ها که برای انجام محاسبات سنگین طراحی شده‌اند دارای پیچیده‌‌ترین فناوری‌ها هستند و پردازشگر‌های بسیار قدرتمندی درون آن‌ها استفاده شده است. ابرکامپیوترها روز به روز پیشرفته‌تر و قدرتمندتر می‌شوند. این رایانه‌های فوق پیشرفته در علوم و صنایع مختلف به بشر کمک می‌کنند تا با دقت فراوان، بهترین نتیجه را به دست آورد. در چنین شرایطی پرسیدن این سوال که آیا ممکن است ابر رایانه‌های امروز، رایانه‌های رومیزی فردا باشند؟ می‌تواند تصور ما را به آینده ابررایانه‌ها نزدیک کند.
 

  نظرات کاربران (0 نظر)
شما هم می توانید در مورد این مطلب نظر دهید نظر خود را بنویسید
با دوستان خود به اشتراک بگذارید
محصولات مرتبط