مرز دانش/

۲۰۰ هزار میلیون محاسبه در یک چشم برهم زدن/ ابر رایانه‌ها با سرعت نور رقابت می‌کنند

پردازش اطلاعات در کوتاهترین زمان ممکن، رویایی بود که با ظهور ابررایانه‌های بزرگ و قدرتمند به واقعیت تبدیل شد و دانشمندان را به سرزمین آرزویشان رساند.

کد خبر: ۶۹۱۴۴۷

شنبه - ۰۲ تير ۱۳۹۷ / June 23, 2018

گروه دانشگاه خبرگزاری دانشجو، محیامعصومی- در هر دوره از زندگی، بشر به اقتضای زمان، گستردگی اقتصاد و پیچیدگی روابط تجاری از یکسری وسایل ابتدایی محاسباتی استفاده می‌کند از این رو در سال‌ها و حتی قرن‌های گذشته شاهد حضور چرتکه‌ها بودیم، اما هرچه زمان جلوتر رفت دیگر چرتکه‌ها کنار مغازه‌ها و خانه‌ها خاک خورد و ماشین حساب‌ها جای آن‌ها را گرفتند.

اما گستره اقتصادی و محاسبات به جایی رسید که دیگر ماشین حساب‌ها جوابگوی روابط پیچیده نبودند از این رو بشر کامپیوتر را به خدمت گمارد و فرمول‌های سخت و طولانی را به آن‌ها سپرد تا در کمترین زمان بهترین و دقیق‌ترین پاسخ را به دست آورد.

تا چندین سال گذشته کامپیوتر‌ها بهترین وسایل محاسبات بودند، اما روابط گسترده، علم و فناوری‌های تازه باعث شد همین کامپیوتر‌های دقیق هم نتوانند پاسخ‌هایی سریع و مطمئن ارائه کنند و بشر به فکر ساخت وسایل محاسباتی هوشمندتر و قوی‌تر بیفتد و ابررایانه‌ها روی کار بیایند. رایانه‌هایی که کار‌های زیاد را در حداقل زمان ممکن انجام می‌دهند.

درواقع ابررایانه‌ها قادر به انجام کار‌هایی در چند ثانیه‌اند که یک رایانه معمولی برای انجام آن به چند هفته و یا شاید چندین ماه زمان نیاز دارد.

دانش بیشتر، کشوری توسعه یافته‌تر
ابررایانه‌ها با ظرفیت انجام پردازش‌های بیشتر، امکان انجام محاسبات سنگین را در اختیار دانشمندان، دانشجویان و متخصصان قرار می‌دهند، حال آنکه توسعه یک ابررایانه خود نیازمند بهره‌مندی از دانش بالایی است که بیشتر مربوط به توسعه پردازنده‌های قدرتمند و دانش فنی مربوط به نحوه کنترل، توسعه نرم‌افزار، خنک‌سازی و سایر مسائل فنی است؛ بنابراین استفاده از ابررایانه‌ها را باید از دو بعد به عنوان عاملی برای توسعه یافته بودن یک کشور قلمداد کرد.

صرف دست یافتن به فناوری توسعه ابررایانه‌ها در کنار کاربرد‌هایی که قدرت پردازشی بالای این سوپرکامپیوتر‌ها در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد، نشان از سطح علمی بالای دانشمندان و متخصصان داشته و پیشرفت‌های بیشتر را به موجب بهره‌گیری از یک قدرت پردازشی بالا نوید می‌دهد.

این مسئله درحالی است که کشور‌های مختلف درصدد ساختن ابررایانه‌ها هستند تا ضمن نشان دادن قدرت خود به جهانیان، بتوانند گامی تازه در این عرصه بردارند و اولین باشند.

حال به معرفی مهمترین ابررایانه‌های کشور‌ها می‌پردازیم البته خوب است برای درک بهتر مفاهیم مطرح شده بدانید که سرعت ابررایانه بر اساس FLOPS محاسبه می‌شود که مخفف عملیات دقیق شناور در هر لحظه می‌باشد و معمولا هم یک پسوند SI مثل ترا یا پتا با آن است. در حالت ترا بودن آن را TFLOPS ترافلاپ ده به توان دوازده FLOP و در حالت پتا بودن PFLOPS پتافلاپ ده به توان پانزده می‌گویند.

۱. سان‌وی تایهولایت (Sunway TaihuLight)
قوی‌ترین ابررایانه با استفاده از پردازنده‌های بومی توسط متخصصان چینی یا همان چشم بادامی‌ها طراحی و توسعه یافته است که بیش از ۱۰ میلیون هسته پردازشی را میزبانی می‌کند. "تایهولایت" بعنوان یکی از قوی‌ترین ابررایانه‌های جهان قدرت پردازشی ۹۳ پتافلاپسی را تولید می‌کند، نکته مهم این است تایهولایت به ازای هر وات انرژی، بیش از ۶۰۵۱ مگافلاپس انرژی در اختیار کاربران قرار می‌دهد که از این نظر توانسته عنوان بهینه‌ترین ابررایانه را در کنار قوی‌ترین ابررایانه کسب کند.

تا چند ماه اخیر این ابررایانه چینی قوی‌ترین و برترین ابررایانه ساخته شده در جهان شناخته می‌شد تا اینکه آمریکایی‌های از ابررایانه سومیت رونمایی کردند.

۲. سامیت (Summit)
رونمایی از "سامیت" با قدرت پردازشی ۲۰۰ پتافلاپس باعث شد، چینی‌ها که از سال ۲۰۱۳ مالک قوی‌ترین ابررایانه جهان بودند، به رتبه دوم جدول برترین ابررایانه‌های دنیا رانده شوند.

رایانه سامیت، مساحتی نزدیک به دو زمین تنیس را به خود اختصاص داده است و سیستم خنک‌کننده آن برای رفع حرارت تولید شده توسط ۳۷ هزار پردازنده، در هر دقیقه به ۱۵ هزار لیتر آب نیاز دارد. قدرت پردازشی سامیت نزدیک به ۲۰۰ کوادریلیون محاسبه در هر ثانیه یا به بیان بهتر ۲۰۰ هزار میلیون میلیون محاسبه در هر ثانیه است که به زبان استاندارد محاسباتی برای بیان قدرت پردازشی، ۲۰۰ پتافلاپس می‌شود (دو برابر بیشتر از قدرت پردازشی سان‌وی تایهولایت).

ابررایانه‌ها در محاسبات مربوط به سلاح‌های هسته‌ای، هواپیما‌های مافوق صوت، اکتشافات نفت و داروسازی کاربرد بسیاری دارند علاوه بر این از جمله اصلی‌ترین اهداف برای سرمایه‌گذاری بیشتر در حوزه ابررایانه‌ها، حفظ قدرت رقابت با چینی‌ها در این خصوص عنوان شده است.

بسیاری از محققان استفاده از پردازنده‌های گرافیکی در سامیت را به‌عنوان یک سرزمین آرزو برای دانشمندان عنوان کرده‌اند؛ چراکه قدرت پردازشی این ابررایانه در حوزه هوش مصنوعی، قابلیت‌های متعددی در اختیار محققان قرار خواهد داد.

سامیت و تایهولایت تنها نیستند
ناگفته نماند که دو ابررایانه برتر معرفی شده تنها ابررایانه‌های ساخته شده چینی‌ها و آمریکایی‌ها نیست و هرکدام در سال‌های قبل چند سوپرکامپیوتر را در اختیار دانشمندان و محققان گذاشته‌اند، بعنوان مثال تاقبل از سامیت و سان‌وی تایهولایت، " تیان هه۲ ((Tianhe-۲ " چینی با نهایت قدرت ۳۳.۹ پتافلاپسی برترین ابررایانه دنیا بود.

یا "ترینیتی (Trinity) " با قدرت پردازش ۸.۱ پتافلاپس و هدف مقابله با گسترش سلاح‌های هسته‌ای، "میرا (Mira) " با قدرت پردازشی ۸.۵۹ پتافلاپس، "سکویا (Sequoia) " با قدرت پردازشی بیش از ۱۷.۱ پتافلاپس و" تایتان (Titan) " با قدرت پردازشی ۱۷.۶ پتافلاپسی از ایالات متحده امریکا هرکدام در دوره خود اولین ابررایانه قدرتمند جهان معرفی شدند.

خوب است بدانید که در میان این ابررایانه‌ها تایتان امریکایی ۲۰ هزار تریلیون محاسبه را در ثانیه انجام می‌دهد و توان محاسباتی غیرمنتظره‌ای را برای تحقیقات در انرژی، تغییرات اقلیم، موتور‌های کارامواد و دیگر زمینه‌های تحقیقاتی دارد.

در این عرصه کشور‌های دیگری مثل عربستان سعودی (شاهین ۲- (Shaheen II با قدرت پردازش بیش از ۵ هزار پتافلاپس)، آلمان (هازل هن Hazel Hen – با قدرت پردازشی ۵.۶۴ پتافلاپس) یا سوییس (پیز دینت Piz Dant با مجموع قدرت پردازش ۶.۲۷ پتافلاپس) رخنمایی کرده‌اند که هرکدام در نوع خود بی‌نظیر و در زمان خود اولین بوده‌اند.

تولید حرارت بالا ارمغان قدرت پردازش اطلاعات
از آنجایی که یک ابررایانه در زمان فعالیتش گرمای زیادی تولید می‌کند و هرچه پردازش اطلاعات بیشتر باشد این حرارت تولید شده افزون می‌شود، در کنار هوشمندسازی هرچه بهتر ابررایانه‌ها، دانشمندان روی موضوع خنک‌سازی آن‌ها هم به صورت کاملا جدی و حساب شده، کار کرده‌اند.

بنابراین می‌توان گفت: با پیشرفت فناوری سوپرکامپیوترهاف بحث خنک‌سازی با مایعات هم رنگ و بوی تازه‌ای به خود گرفته است.

منتظر ابررایانه‌های ۱ هزار پتافلاپسی در آینده نزدیک باشید
همانطور که اشاره کردیم ابررایانه‌ها و توسعه این ماشین‌های قدرتمند جزو آن دسته از دانش‌هایی هستند که کشور‌ها به راحتی آن را به هم انتقال نمی‌دهند و به نوعی بهره‌گیری از ابررایانه‌های قدرتمند، قدرت استراتژیک یک کشور را افزایش می‌دهد، چراکه این رایانه‌ها قادرند تا عملیاتی حساس را برای حل مسائل فیزیک کوانتوم، هواشناسی، مدلسازی مولکولی، شبیه‌سازی فیزیکی و سایر محاسبات را انجام دهند.

شاید در ظاهر اهمیت مواردی که به اشاره کردیم چندان زیاد نباشد، اما کاربرد‌های تحلیل‌ها و مدلسازی‌های بالا بصورت مستقیم در صنایع سنگینی، چون هواپیماسازی، توسعه تونل‌های باد، تولید تسلیحات سنگین نظامی، تولید انواع زیرمجموعه‌های صنایع شیمیایی، مواد پتروشیمی و بیولوژیک دخالت دارد؛ لذا ایالات متحده آمریکا، چین، ژاپن و اتحادیه اروپا هدف بعدی برای ساخت قوی‌ترین ابررایانه‌ها را دست یافتن به قدرت پردازشی یک هزار پتافلاپس عنوان کرده‌اند، حتی چین مدعی شده است که تا سال ۲۰۲۰ به این هدف دست خواهد یافت.

آمریکایی‌ها نیز برای توسعه ابررایانه Aurora با قدرت پردازشی یک هزار پتافلاپس، تا سال ۲۰۲۱ برنامه‌ریزی کرده‌اند، از این رو می‌توان انتظار داشت که این برنامه‌ریزی‌ها و سرعت عملکرد بالا، در آینده نزدیک دنیا را به شدت متحول می‌کند و دریچه‌ای دیگر از زندگی روی بشر باز خواهد شد.