ابر کامپیوتر یا Supercomputer از نظر لغوی به معنی کامپیوتر مین‌فریم نسبتاً قوی است. منظور از Mainframe کامپیوترهای غول‌آسایی است که فضای زیادی مثل یک اتاق بزرگ یا یک سالن اشغال می‌کنند. در حقیقت ابر کامپیوترهای امروزی در فضایی بزرگ با سیستم تهویه‌ی کارآمد قرار می‌گیرند و شامل تعداد زیادی کابینت و اتصالات شبکه‌ای بین کامپیوترها هستند.

اگر برایتان سوال شده که ابر کامپیوترهای برتر جهان متعلق به کدام کشورها هستند و چه قدرت پردازشی دارند و همین‌طور میزان برق مصرفی‌شان چقدر است، با سیاره‌ی آی‌تی همراه شوید تا نیم‌نگاهی به لیست ۱۰ سوپرکامپیوتر برتر جهان داشته باشیم.

مقایسه‌ی قدرت پردازشی ابر کامپیوترها با کامپیوترهای خانگی

قدرت پردازشی ابر کامپیوترها به صورت تعداد اعمال محاسباتی که در هر ثانیه انجام می‌دهند، بیان می‌شود. برای اندازه‌گیری این فاکتور در کامپیوترهای معمولی که پردازنده و پردازنده‌ی گرافیکی شناخته‌شده‌ای دارند، نرم‌افزارهای امتیازدهی یا بنچ‌مارک طراحی شده است. شاید یک سیستم گیمینگ امروزی به اندازه‌ی ابر کامپیوترهای قدیمی قدرتمند باشد، به همین دلیل نمی‌توان در تعریف کردن لغت Supercomputer، قدرت پردازشی خاصی را ذکر کرد.

در حال حاضر قدرت پردازشی یک کارت گرافیک قدرتمند معمولی، در حد ۵ الی ۱۵ ترافلاپس است. یک FLOPS یا Floating Operation Per Second به معنی یک عمل اعشاری در هر ثانیه است که ممکن است با دقت ۳۲ بیت یا ۶۴ بیت (دقت مضاعف یا دابل) و یا ۱۶ بیت انجام شود ولیکن در عرصه‌ی کامپیوترهای معمولی، همواره دقت محاسبات اعشاری ۳۲ ملاک است.

GFLOPS معادل ۱ میلیارد عمل اعشاری در ثانیه است و TFLOPS نیز معادل ۱ بیلیارد عمل اعشاری در ثانیه یا به زبان دیگر، معادل ۱۰۰۰ گیگافلاپس است. قدرت ابر کامپیوترهای امروزی در حد چند پتافلاپس است. یک PFLOPS معادل ۱۰۰۰ ترافلاپس است. بنابراین می‌توان گفت که قدرت ابر کامپیوترهای امروزی نسبت به کامپیوترهای قدرتمند گیمینگ خانگی که شاید ۱۰ ترافلاپس قدرت پردازشی داشته باشند، چند هزار برابر بیشتر و البته بهینه‌تر است.

  • ۱۰۰۰ گیگافلاپس = ۱ ترافلاپس
  • ۱۰۰۰ ترافلاپس = ۱ پتافلاپس

در سال‌های اخیر سه کشور چین، ایالات متحده‌ی آمریکا و ژاپن با توجه به نیازهای خود در عرصه‌ی تحقیقات مختلف، همواره در تلاش برای ساخت ابرکامپیوترهای قوی‌تر بوده‌اند. به عبارت دیگر لیست ۱۰ ابر کامپیوتر جهان، اغلب با نام این سه کشور روبرو می‌شویم.

آشنایی با سریع‌ترین سوپرکامپیوتر جهان: Sunway Taihulight چین

ابر کامپیوتری که چینی‌ها در سال‌های اخیر ساخته‌اند، مشخصاتی به شرح زیر دارد:

  • پردازنده‌ی SW26010 با سرعت ۱.۴۵ گیگاهرتز و دارای ۴ گروه هسته
  • در هر گروه هسته، ۶۵ هسته وجود دارد و در مجموع یک گره‌ شامل ۲۶۰ هسته خواهد بود.
  • در هر کابینت ۱۰۲۴ گره وجود دارد.
  • این ابر کامپیوتر مجموعاً ۴۰ کابینت دارد.
  • مجموعاً ۱.۳۱ میلیون گیگابایت رم در این ابر کامپیوتر به کار رفته است.

برای ارتباط بین کابینت‌ها از اتصال PCIe 3.0 استفاده می‌شود چرا که به شبکه‌ی بسیار سریعی نیاز است. نام این شبکه‌ی سریع نیز Sunway Network گذاشته شده است. در Sunway Network از سوییچ‌ها و سخت‌افزارهایی برای به اشتراک‌گذاری منابع استفاده شده و هر یک از سوپرگره‌ها با کابل‌های ۷ اینچی به بقیه متصل است. هر یک از این کابل‌ها می‌تواند داده را با سرعت باورنکردنی ۷۰ ترابایت بر ثانیه! جابجا کند.

توان مصرفی این ابر کامپیوتر چیزی در حدود ۱۵۰۰۰ کیلووات است. برای ساختن این ابر کامپیوتر چیزی در حدود ۳۹۰ میلیون دلار هزینه صرف شده است.

لیست ۱۰ ابر کامپیوتر برتر جهان

در حال حاضر لیست سریع‌ترین ابر کامپیوترهای جهان شامل ۲ ابر کامپیوتر چینی، ۴ ابر کامپیوتر آمریکایی، ۳ ابر کامپیوتر ژاپنی و ۱ ابر کامپیوتر سوییسی می‌شود:

  • Sunway TaihuLight (چین): ۱۰۶۴۹۶۰۰ هسته، قدرت کلی ۹۳۰۱۴ ترافلاپس
  • Tianhe-2 MilkyWay-2 (چین): ۳۱۲۰۰۰۰ هسته، قدرت کلی ۳۳۹۶۲ ترافلاپس
  • Piz Daint (سوییس): ۳۶۱۷۶۰ هسته، قدرت کلی ۱۹۵۹۰ ترافلاپس
  • Gyoukou (ژاپن): ۱۹۸۶۰۰۰۰ هسته، قدرت کلی ۱۹۱۳۶ ترافلاپس
  • Titan (آمریکا): ۵۶۰۶۴۰ هسته، قدرت کلی ۱۷۵۹۰ ترافلاپس
  • Sequoia (آمریکا): ۱۵۷۲۸۶۴ هسته، قدرت کلی ۱۷۱۷۳ ترافلاپس
  • Trinity (آمریکا): ۹۷۹۹۶۸ هسته، قدرت کلی ۱۴۱۳۷ ترافلاپس
  • Cori (آمریکا): ۶۲۲۳۳۶ هسته، قدرت کلی ۱۴۰۱۵ ترافلاپس
  • Oakforest-PACS (ژاپن): ۵۵۶۱۰۴ هسته، قدرت کلی ۱۳۵۵۵ ترافلاپس
  • K Computer – Sparc64 (ژاپن): ۷۰۵۰۲۴ هسته، قدرت کلی ۱۰۵۱۰ ترافلاپس

کاربردهای سوپرکامپیوترها

شاید برایتان سوال شده که آیا با وجود پیشرفت شگرفی که کامپیوترهای خانگی و حتی محصولاتی مثل گوشی و تبلت داشته‌اند، نیازی به کامپیوترهای چند میلیون هسته‌ای وجود دارد؟

در پاسخ به این سوال باید از نگاه محققین به کامپیوتر نگاه کرد. کاربردهای ابر کامپیوترها معمولاً در عرصه‌ی تحقیقات علمی است، جایی که محاسبات و یا دقتی که برای محاسبات مدنظر است، به قدری پیچیده و بالاست که قطعاً در کامپیوترها و سرورهای قدرتمند حاصل نمی‌‌شود و یا زمان بسیار طولانی برای تکمیل فرآیندها لازم است. در ادامه به چند کاربری اصلی ابر کامپیوترها به صورت خلاصه اشاره می‌کنیم.

صنایع

کمپانی جنرال الکتریک که از پیشگامان عرصه‌ی هوافضاست، برای شبیه‌سازی پیشرفته‌ی موتور جت در Oak Ridge National Laboratory از ابر کامپیوترها استفاده می‌کند. هدف شبیه‌سازی‌ها این است که کمپانی GE بازدهی موتورهای جت را بیشتر کند.

محققین Lawrence Livermore National Labs با استفاده از سوپرکامپیوترها به دنبال راه‌هایی برای جمع‌آوری اطلاعات زیرسطحی هستند تا در صنایع نفت و گاز برای شناسایی معادل در خلیج مکزیک مورد استفاده قرار گیرد و در نهایت به استخراج بیشتر سوخت‌های فسیلی منجر شود.

مهندسین کمپانی بویینگ برای شبیه‌سازی هواپیماها و ایرودینامیک‌شان به صورت دقیق، از سوپرکامپیوترها استفاده می‌کنند تا هواپیماهایی با امنیت بیشتر و بازدهی سوخت بالاتر طراحی شود.

در صنایع فضایی اگر کوچک‌ترین خطایی در محاسبات وجود داشته باشد و یا دقت محاسبات مثل محاسبات معمولی در حد ۳ رقم پس از اعشار باشد، نتیجه این خواهد بود که فضاپیما صدها کیلومتر در مسیر خود اشتباه حرکت می‌کند و ممکن است برخورد فاجعه‌باری با سطح سیارات و قمرها داشته باشد!

سازمان‌های دولتی

مراکز تحقیقاتی در حوزه‌ی ویروس و کنترل بیماری‌ها با استفاده از سوپرکامپیوترها به شبیه‌سازی ویروس‌هایی مثل ویروس هپاتیت نوع C پرداخته‌اند. با استفاده از شبیه‌سازی‌های دقیق می‌توان راه‌های درمان جدید برای بیماری‌ها کشف کرد، همچنان که در مورد هپاتیت نوع C این اتفاق افتاده است.

دپارتمان دفاعی ایالات متحده‌ی آمریکا با استفاده از سوپرکامپیوترها مدل جدید و دقیقی از وضعیت جوی تهیه کرده و به کمک آن می‌توان گردباد‌ها و طوفان‌های خطرناک را پیش‌بینی کرد. ممکن است حتی ۵ روز قبل از طوفان‌های خطرناک آنها را پیش‌بینی کرد. به این ترتیب یکی از کاربردهای اصلی ابر کامپیوترها در هواشناسی است.

صنایع نظامی

انجام برخی آزمایش‌های تسلیحات بسیار هزینه‌بر و مخرب است. به همین علت می‌توان از شبیه‌سازی‌های دقیق به کمک ابر کامپیوترها استفاده کرد.

یکی از عجیب‌ترین ابر کامپیوترهایی که در صنایع نظامی استفاده شده، ابر کامپیوتری به اسم Condor Cluster است که ارتش آمریکا در سال ۲۰۱۰ برای نیروی هوایی ساخته است. مهندسین با استفاده از ۱۷۶۰ کنسول بازی پلی‌استیشن ۳ سونی! یک ابر کامپیوتر قدرتمند ساخته‌اند که قدرت محاسباتی آن ۵۰۰ ترافلاپس است. از این ابر کامپیوتر عجیب در تشخیص طرح‌ها، پردازش تصاویر ماهواره‌ای و تحقیقات در حوزه‌ی هوش مصنوعی استفاده می‌شود.