ابر کامپیوترها قدرتمندان عرصه دیجیتال

● تعریف ابركامپیوتر
از واژه ابركامپیوتر برای معرفی كامپیوترهایی استفاده می‌شود كه سرعت محاسباتی آنها خیلی بالاتر از سرعت محاسباتـــــی كامپیوترهـــــای معمولـــــی (‌PC) است. معمــــولا تعداد محاسباتی كـــه این نوع كامپیوترها در یك ثانیه انجام می‌دهند، در حــد ترافلاپ است؛ بدین معنی كه می‌توانند ۱۲^۱۰ ‌عملیـات ریاضی را در هر ثانیـــــه روی داده‌هـــــایی كه با قرارداد نقطه اعشار شناور (floating-point operation) ‌ذخیره شده‌انـــــد، انجام دهند. این رقم در مورد كامپیوترهای معمولی در حد مگافلاپ (۶^۱۰ عملیات) تـــــا گیگافلاپ (۹^۱۰‌عملیات) در یك ثانیـــــه است. علاوه بر بالا بودن سرعت اجرای دستورالعمل‌ها، ابركامپیوترها از حافظه‌های اصلی و جـــــانبی بزرگی نیـــــز برخوردارند. حافظه RAM ‌و هارددیسك ‌ابـــــركامپیوتر‌ها حجمـــــی در محدوده ترابایت دارند، در حالـــــی كه معمولا حافظه RAM كامپیوتر‌های معمولی كمتر از یك گیگا بایت ‌بوده و ظرفیت هارددیسك‌های آنها تا مرز ۱۲۰ گیگا بایت می‌رسد.
ابـــــركامپیوترهایـــــی كـه دارای ســـــرعت محاسباتی بسیــــار بالایی هستنـــــد، تولید انبـــــوه نمی‌شونــد؛ یعنی از آنها معمـــولا یك عدد یا نهایتـــــا تعداد معـــــدودی ساختـــــه می‌شـود. در هـــر صورت قبل از ساخت یك ابــركامپیوتر، ابتــدا مراحل طراحی انجام می‌شود و بعد از پیدا كـــــردن خریـــــدار، بنا به در خواست او مـــــراحل ســـــاخت طی خواهد شد. همچنیـن بنا به در خواست خریدار، كارخانه سازنده ممكـــــن است تغییراتی روی سخت‌افـــــزار و نرم‌افزار‌های سیستم انجام دهد تا دقیقا با نیازهای خریدار مطابقت كند.
● تكنولوژی ساخت ابركامپیوترها
پردازنده هایی كه در ابركامپیوترها استفاده می‌شوند، از معماری RISC (مخفف Reduced Instruction Set Computer ) بهره می‌برنـــــد. هزاران پردازنـــــده از این خانواده در یك ابـــــركامپیوتر به‌صورت مـــــوازی پردازش داده‌ها را انجام می‌دهند. چون در این نوع كامپیوترها پردازنده‌ها به صورت موازی كار می‌كنند، اصطلاح كامپیوترهـــــای موازی (Parallel Computer‌) نیـــــز در مورد آنها به كار می‌رود. البتـــــه نمی‌توان گفت كـــــه هـــــر كامپیوتر موازی یك ابركامپیوتر نیز هست. ‌
● ‌كاربرد ابركامپیوترها
بـــــا توجه بـــــه توان محاسباتی ابركامپیوترهـــــا، آنها عمدتـا در حل مسائلی كه از درجه پیچیدگی بالایی برخـــــوردار بوده و محاسبات زیـــــادی را لازم دارند، به كار گرفتـــــه می‌شوند. از جملــه این موارد می‌توان به انجام شبیه‌سازی‌ها در شاخه‌های مختلف علوم اشاره كرد؛ فرضـــــا در نجوم برای محاسبات كهكشانـــــی و یا چگونگی به‌وجـــــود آمـــــدن ستارگـــــان، در فیـــــزیك برای شبیه‌سازی نحوه شكافته شدن هستـــــه اتم‌ها و غیره كاربـــــرد دارند. علاوه بر اینها، ابركامپیوتر‌ها در صنعت فیلم‌سازی نیز جهت سـاخت انیمیشن‌ها و در اقتصـــــاد بـــــرای مدیریت سهـام در بـــــورس مـورد استفـــــاده قرار می‌گیرند.
● سریع‌ترین ابركامپیوتر‌ها
بر حسب آماری كه در سال ۲۰۰۲ منتشر شد، در بین ۵۰۰ كامپیوتر سریع در دنیـــــا، كامپیوتر Asci White SP Power۳‌ ســـــاخت شركت IBM‌ در رتبه اول قـــــرار گرفت. این كامپیوتر با فركانسی معادل ۳۷۵ میلیون سیكل در ثانیه (Mhz ۳۷۵) و ۸۱۹۲ پردازنده، تـــــوان محاسباتی ۷۲۲۶ گیگا فلاپ را دارا است. معمولا سنجش سرعت پردازش این كامپیوترهـــــا بـــــا بسته نرم‌افزاری Linpack‌ صورت می‌گیرد. ایـــــن نرم‌افزار كه در دهه ۷۰ میلادی بـــــرای زبان برنامه نویسی Fortran ‌طراحی و نوشته شد، حاوی روتین‌هایی برای حــل معادلات ‌خطی و سیستم‌هـای معادلاتـــــی است. در اوایل دهه ۹۰ میلادی بسته نرم‌افزاری LApack ‌كه كامل‌تر از Linpack‌ بود، به بازار عرضه شد. ‌
در حـــــال حاضـــــر كامپیوتـــــر Asci White SP Power۳‌ در یك لابراتوار امریكایـــــی جهت انجام آزمایشـــــات ذرات فیزیكی به كار گرفته شده است. البته با گذشت زمان، ابركامپیوترهای سریع‌تری نیز عرضه شده‌انـــــد كه در ماه‌هـــــای اخیـــــر، كامپیوتر Blue Gen شركت IBM از نظر سرعت در رتبه نخست قرار داشته است.
● طبقه‌بندی ابركامپیوترها از نظر معماری
عملا همه ابر كامپیوترها در كلاس كامپیوترهایی با معماری MIMD ‌(مخفف Multiple Data Stream و Multiple Instruction Stream ) قرار دارند. در این طبقه كه درواقع زیر مجموعه‌ای از كامپیوتر‌های موازی محسوب می‌شوند، تعداد زیادی پردازنده به طور همزمان، دستورالعمل‌های مختلف را روی مجموعه داده‌هـــای مختلف اجرا می‌كنند. ‌(شكل ۱)
نكته قابل ذكر آنكه بین سیستمی با چندین پردازنده كه یك یـا چند فرآیند ( برنامه) را به طور پشت سر هم اجـــــرا می‌كند و یك سیستم موازی شامل چندیـــــن پردازنده كـــــه اجرای برنامه‌هـــــا را به طور همزمان انجام می‌دهند، تفاوت‌هــای اساسی وجود دارد. در هر دو سیستم، پردازنده‌هـــــا می‌توانند حافظه اصلی مشتركـــــی را به كار ببرند و یا دارای حافظه اصلی مختص به خود باشند.
● رقبای ابركامپیوترها
رقیب ابركامپیوترهای امروزی تنها نسل‌های بعدی این كامپیوترها نیستنـــــد بلكــه كلاسترهـــــا Clusters نیـــــز رقیب ابركامپیوترها محســـــوب می‌شونـــــد. كلاسترها در واقع كامپیوترهای معمولی هستند (مانند ایستگاه‌های كاری) كه بـــــه همدیگر متصل شده‌اند. همچنیـن پردازش شبكه‌ای (Grid Computing‌) كه عبارت است از انجـــــام محاسبات توزیع‌شـــــده توسط كامپیوترهایـــــی كـــــه با استفاده از شبكـــــه جهانی اینترنت به یكدیگر متصل بــوده و تبادل اطلاعـــــات می‌كننـــــد نیـــــز از دیگـــــر فنـــــاوری‌‌هـــــای رقیب بـــــرای ابركامپیوترها به حساب می‌آیند. این نوع پردازش در انفورماتیك بـــه (Wrold Wide Grid (WWG معروف است.
WWG‌ در واقع پروژه‌ای چند ملیتی است كه مطالعات آن از اوایل سال ۲۰۰۱ توسط اتحادیه اروپا آغاز شد. هـدف این پروژه آن است كه دانشمندان دنیا بتواننـــــد به منابع اطلاعاتی در سراسر جهـــــان دسترسی داشته و انجام محاسباتی را كه در مراكـز محل كار خود ممكن نیست، روی كامپیوترهـای مراكز علمـــــی در جاهـــــای دیگر جهان انجام دهنـــــد. در این پروژه چندین مركز علمی اروپایی از كشورهای فرانسه، ایتالیا، هلند و انگلستـــــان و همیـــــن‌طور ۱۵ موسســـــه از كشورهای مختلف اروپـــا شركت داشته و حدود ۲۰۰ دانشمنـــــد در طراحـــــی و ایجـــــاد WWG‌ با هم همكاری می‌كنند.

‌بـــــرای كسب اطلاعـــــات بیشتـــــر در این زمینـه می‌توانید به سایت
«http://www.eu-datagrid.org» مراجعه كنید.
سیف علی مهینی

منبع : وب ایران