غول‌های پردازشگر

معرفی ابررایانه‌ها و کاربرد‌های آن‌ها در حوزه‌های مختلف علوم و صنعت

کد خبر: ۴۳۹۸

تاریخ : ۱۱ شهريور ۱۳۹۸ - ۰۸:۲۳

نوشته

گروه شهر هوشمند - آیا می‌دانستید تلفن‌های هوشمند امروزی از لحاظ توان پردازشی 100هزار‌برابر قوی‌تر از کامپیوتر نصب‌‌شده روی فضاپیمای آپولو‌۱۱ که منجر به فرود روی کره ماه شد، هستند؟ پس تلفن‌های هوشمند امروزی اگر 50‌سال پیش تولید می‌شدند، ابر‌رایانه‌های زمان خود بودند. البته آن زمان هم کامپیوتر فضاپیمای آپولو‌11 جزو برترین‌های عصر خود تعریف می‌شد.
در‌واقع کشورهای پیشرفته دنیا برای حل مسائل پیچیده خود در حوزه‌های علمی، صنعتی و تحقیقاتی (فیزیک کوانتوم، هواشناسی، شبیه‌سازی فیزیکی، مدیریت بحران و‌...) از ابر‌رایانه‌ها استفاده می‌کنند که همین موضوع موجب پیشرفت آن‌ها در حوزه‌های مختلف می‌شود. ایران نیز تقریبا سابقه‌ای بیست‌ساله در ساخت سوپر‌رایانه‌ در حد بضاعت خود دارد و اخیرا وزارت ارتباطات اعلام کرده است به‌زودی جدیدترین ابر‌رایانه ایرانی به نام «سیمرغ» رونمایی خواهد شد. به بهانه همین خبر قصد داریم شما را با سوپر‌کامپیوترها و منافعی که دارند، بیشتر آشنا کنیم.

ابررایانه‌ها چگونه عمل می‌کنند؟

همان‌طور‌که می‌دانید وظیفه‌ 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 که البته به‌صورت کلی با رایانه‌ها بسیار متفاوت و متشکل از هزاران قطعه سخت‌افزاری هستند. ابررایانه‌ها با دو پارامتر سرعت و ظرفیت پردازش مقایسه می‌شوند‌. این کامپیوترها از‌طریق پردازشگری موازی، به‌سرعت‌های بسیار بالاتر از رایانه‌های موجود دست پیدا می‌کنند. در این شیوه، شمار زیادی از پردازشگرهای کامپیوتری به‌طور هم‌زمان اعمال محاسباتی را انجام
می‌دهند.
برای رتبه‌بندی این غول‌های پردازشگر، پارامترهای مختلفی بررسی می‌شود که مهم‌ترین آن‌ها فلاپس(flops) است. فلاپس در‌واقع واحد اندازه‌گیری قدرت پردازش هم‌زمان یک سیستم در ثانیه است. سوپرکامپیوترهای رایج دارای قدرت‌های پردازشی بیش‌از یک پتافلاپس معادل 10 به توان 15 عملیات نقطه شناور در یک ثانیه است که عدد بسیار بزرگی به شمار می‌رود.

بازوهای قدرتمند علم

اولین ابر‌رایانه‌ها در دهه‌1960 طراحی شد و سیمور کری (seymor cray) را پدر ابرکامپیوترها می‌دانند. برای اولین‌بار مرکز پیش‌بینی آب‌و‌هوای اروپا با کمک ابر‌رایانه‌های او توانست تغییرات آب‌و‌هوای 12روز اروپا را پیش‌بینی کند که این محاسبه 10‌روز به طول انجامید و در مدل‌های بالاتر توانست این زمان را به 5‌ساعت کاهش دهد.
ابررایانه‌ها بازوهای قدرتمند علمی در همه‌ کشورها هستند. قدرت و سرعت این کامپیوترها به‌نوعی نشان‌دهنده‌ی توان علمی یک کشور است که دولت‌ها برای ارتقا و پیشرفت آن‌ها برنامه‌های مشخصی دارند. بسیاری از کشورها از انتقال فناوری ساخت این رایانه‌ها امتناع می‌ورزند و سعی می‌کنند انحصار تولید این غول‌های پردازشگر را حفظ کنند. ابرکامپیوترها به‌دلیل قدرت پردازش و سرعت بسیار زیاد در بخش‌های مختلف علمی، کاربرد فراوان دارند که در ادامه به نمونه‌هایی از آن اشاره می‌شود.

زیست‌شناسی

از ابر‌رایانه می‌توان برای ارائه مدل کار سیستم عصبی یا مغز یک ارگانیسم استفاده کرد. در سال‌2009 با سرمایه‌گذاری شرکت IBM و دانشگاه استنفورد دانشمندان توانستند با استفاده از ابررایانه به شبیه‌سازی یک‌درصد از مغز انسان بپردازند. آن‌ها امیدوارند تا 10‌سال آینده بتوانند به‌طور‌کامل مغز انسان را شبیه‌سازی کنند. با این کار دانشمندان می‌توانند درک کنند که مغز چگونه کار می‌کند، چگونه پیام‌ها منتقل می‌شوند و... . مغز انسان مهم‌ترین بخش بدن است، ولی دانش بشر تا شناخت کامل آن فاصله زیادی دارد که پرکردن این فاصله، یکی از کارهای اساسی ابر‌رایانه در علم زیست‌شناسی است.

هواشناسی و زمین‌شناسی

ساده‌ترین کاربرد ابرکامپیوترها در علم هواشناسی و مطالعه‌ تغییرات آب‌و‌هوایی زمین است. ابررایانه‌ها می‌توانند با تحلیل داده‌ها و پردازش آن‌ها الگوهای تغییرات آب‌وهوایی را پیش‌بینی کنند. با کمک این تحلیل‌ها می‌توان آمادگی لازم را در‌مقابل بسیاری از بلایای طبیعی مانند توفان‌، سیل و سونامی کسب کرد.

صنایع علمی و مهندسی

ابرکامپیوترها در صنعت هوافضا نقشی اساسی ایفا می‌کنند و بدون وجود آن‌ها، ساخت و پرتاب موشک‌ها و ماهواره‌ها غیر‌ممکن است. طراحی و شبیه‌سازی موتور جت و پیش‌بینی چگونگی حرکت آن، نحوه قرارگیری ماهواره‌ در مدار و جزئیات مصرف سوخت موتور فضاپیما، از مواردی است که انسان به‌تنهایی نمی‌تواند به محاسبه‌ آن‌ها بپردازد، یا حداقل ده‌ها سال حل معادلات آن به طول می‌انجامد. اما کامپیوتر‌های پیشرفته‌ امروزی در چند ساعت یا چند دقیقه، تمام اطلاعات مورد‌نیاز را در‌اختیار مهندسان قرار می‌دهند.

صنایع نظامی

در صنایع هوایی و نظامی ابر‌رایانه‌ها با شبیه‌سازی الگوهای پرواز‌، مدل‌سازی پرواز و مسائل آیرودینامیک پرواز، می‌توانند کمک خوبی در پیشرفت این فناوری باشند. آزمایش تسلیحات و توان نظامی ارتش‌ها علاوه‌بر مخرب و پرهزینه‌بودن، توانمندی‌های نظامی هرکشور را برای دشمنان آشکار می‌کند. برای پیشگیری از این آسیب‌ها لازم است برخی شبیه‌سازی‌ها به کمک ابرکامپیوترها انجام شود. تعیین هدف دقیق برای موشک‌ها از مواردی است که این رایانه‌ها انجام می‌دهند. این‌گونه محاسبات باید با دقت بسیار زیاد انجام گیرد و کوچک‌ترین خطا در یک ده‌هزارم اعشار هم می‌تواند مسیر حرکت موشک‌ها را به‌کلی تغییر دهد و ممکن است به‌جای دشمنان، دوستان را هدف قرار دهد!

نجوم

یکی دیگر از علومی که ابررایانه‌ها در پیشرفت آن نقش اساسی دارند، علم نجوم است. مدل‌سازی مسیر حرکت و رفتار اجرام آسمانی، بررسی توفان‌های خورشیدی، اثر آ‌ن‌ها بر زمین و بررسی اینکه چگونه زمین، ستاره‌ها و اجرام دیگر در فضا شکل گرفته‌اند، چند سال از عمر جهان می‌گذرد، چقدر تا پایان عمر جهان باقی مانده است و... این‌ها سؤالاتی است که دانشمندان سعی در پاسخ‌دادن به آن‌ها با ابر‌رایانه‌ها دارند.

صنایع پزشکی

پروتئین‌ها یکی از اجزای بسیار اساسی زیستی هستند که ساختار مولکولی سه‌بعدی و پیچیده‌ای دارند. با تغییر اندکی در ساختار مولکولی، پروتئین‌ها می‌توانند واکنش‌های متفاوتی 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 اینکه چرا و چگونه چنین بیماری‌هایی رخ می‌دهند و راه درمان آن‌ها چیست. شبیه‌سازی و بررسی پروتئین‌ها کار بسیار پیچیده و پرمحاسبه‌ای است که توسط ابررایانه‌ها انجام می‌شود.

قوی‌ترین ابررایانه جهان

قوی‌ترین ابررایانه جهان به نام «سامیت» (Summit‌) را آمریکا سال گذشته با قدرت پردازشی 187 پتافلاپس رونمایی کرد و توانست چینی‌ها را که از سال‌۲۰۱۳ مالک قوی‌ترین ابررایانه جهان بودند، به رتبه‌ دوم جدول بکشاند. حدود 2397800 هسته‌ پردازشی در این کامپیوتر جای گرفته‌اند تا سرعت فوق‌العاده‌ای برای محاسبات و تحلیل‌ها فراهم کنند.
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 199‌ابررایانه، بیشترین تعداد را به خود اختصاص داده است. چین با 109و ژاپن با 37 ابر‌رایانه در جایگاه‌های بعدی قرار دارند.

سیمرغی بر بلندای ابر‌رایانه‌های ایرانی

اولین ابر‌رایانه ایرانی در سال‌1380 توسط محققان مرکز تحقیقات پردازش‌های فوق‌سریع دانشگاه صنعتی امیر‌کبیر به بهره‌برداری رسید. این ابر‌رایانه با حافظه‌ای برابر 56‌گیگا‌بایت و ظرفیت ذخیره‌سازی 5800گیگا بایت به مرحله بهره‌برداری رسید که دارای حداکثر توان پردازشی 860‌میلیارد (گیگافلاپس)عمل در ثانیه بود.
اما اخیرا وزیر ارتباطات در توئیتر، خبر از رونمایی ابررایانه‌ای ایرانی تا سال آینده داد. او این محصول را سیمرغ معرفی کرد که قرار است دارای قدرت پردازش یک پتافلاپس باشد که بیش‌از صد‌برابر قوی‌تر از هم‌نوعان ایرانی خود است.آذری‌جهرمی عنوان کرده که قرار است از این ابررایانه در حمایت از کسب‌وکارها و توسعه‌ هوش مصنوعی استفاده شود.