شاید نام سوپرکامپیوترها Super Computer یا کامییوتر بزرگ موسوم به ابر رایانه را بارها شنیده اید به خصوص هنگام مسابقه قهرمان روسی شطرنج که بارها در جهان پخش شد؛ یا اینکه پیش بینی وضع آب وهوا توسط ابر رایانه سازمان هواشناسی جهانی محاسبه می شوند. در مجموع ابر رایانه ؛ سوپرکامپیوترها Super Competer یا کامییوتر بزرگ رایانه ای است، که در زمان معرفی از نظر ظرفیت پردازش و به خصوص سرعت محاسبه ازدیگر ماشین ها قوی تر باشد. اولین ابر رایانه ها در دهه ی ۱۹۶۰به طور عمده در موسسه اطلاعات کنترل (CDC) توسط سیمور کری Seymour Cray  طراحی شد. کری تا دهه ی ۱۹۷۰ زمانی که برای تاسیس شرکت خود پژوهشکده کری, از آن جدا شد آنرا هدایت می کرد.

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.

         با فن آوری سوپرکامپیوترها Super Computer یا کامییوتر بزرگ موسوم به ابر رایانه همراه شویم

● تعریف ابركامپیوتر super computer

از واژه ابركامپیوتر super computer  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.

سوپرکامپیوترها Super Computer یا کامییوتر بزرگ

شاید نام سوپرکامپیوترها Super Computer یا کامییوتر بزرگ موسوم به ابر رایانه را بارها شنیده اید به خصوص هنگام مسابقه قهرمان روسی شطرنج که بارها در جهان پخش شد؛ یا اینکه پیش بینی وضع آب وهوا توسط ابر رایانه سازمان هواشناسی جهانی محاسبه می شوند. در مجموع ابر رایانه ؛ سوپرکامپیوترها Super Competer یا کامییوتر بزرگ رایانه ای است، که در زمان معرفی از نظر ظرفیت پردازش و به خصوص سرعت محاسبه ازدیگر ماشین ها قوی تر باشد. اولین ابر رایانه ها در دهه ی ۱۹۶۰به طور عمده در موسسه اطلاعات کنترل (CDC) توسط سیمور کری Seymour Cray  طراحی شد. کری تا دهه ی ۱۹۷۰ زمانی که برای تاسیس شرکت خود پژوهشکده کری, از آن جدا شد آنرا هدایت می کرد.

ü       ابر رایانه ها برای کارهایی که به محاسبات زیاد و دقیق نیازمند است به کار می رود.

ü       از جمله: پیش بینی وضع هوا , تحقیقات آب و هوایی ، نمونه سازی مولکولی محاسبه ی ساختار ها و خصوصیات ترکیب های شیمیایی، درشت مولکول های زیستی، بسپار ها, و بلور ها، شبیه سازی های فیزیکی مانند شبیه سازی هوا پیما در تونل باد، شبیه سازی انفجار جنگ افزار های هسته ای و تحقیقات در مورد جوش هسته ای ، رمز گشایی و مانند آن استفاده می شود.

ü       ابر رایانه وسیله ای برای تبدیل مسایل محاسبه ای به مسایل ورودی و خروجی است. ابر رایانه رایانه ای است که در زمان معرفی از نظر ظرفیت پردازش و به خصوص سرعت محاسبه ازدیگر ماشین ها قوی تر باشد.

ü       اولین ابر رایانه ها در دهه ی ۱۹۶۰به طور عمده در موسسه اطلاعات کنترل (CDC) توسط سیمور کری Seymour Cray  طراحی شد. کری تا دهه ی ۱۹۷۰ زمانی که برای تاسیس شرکت خود پژوهشکده کری, از آن جدا شد آنرا هدایت می کرد. کری بعدها با طرح های جدید خود بازار ابر رایانه را در دست گرفت و تا ۲۵ سال (۱۹۶۵ ۱۹۹۰) بی رقیب ماند.

ü       در دهه ی ۱۹۸۰به موازات تولید یک دهه قبل تر کامپیوتر کوچک ها شمار زیادی از رقیبان کوچکتر وارد بازار شدند اما بسیاری از آنها در" رکود بازار ابر رایانه ها" ی اواسط دهه ی ۱۹۹۰ ناپدید شدند. امروزه ابر رایانه ها طرح های یک بار تولید شونده هستند که توسط شرکت های "سنتی" مانند IBM و HP طراحی می شوند. این شرکت ها بسیاری از شرکت های دهه ی ۱۹۸۰ را برای استفاده از تجاربشان خریداری کردند، هر چند در طراحی ابر رایانه ها موسسه ی کری متخصص تر است .

ü       معنای کلمه ی ابر رایانه تا حدی متغیر است , و ابر رایانه های امروزی فردا دیگر کاربردی نخواهند داشت، همانگونه که از کولاسوس (Colossus)، اولین رایانه ی الکترونیکی برنامه دار رقمی دنیا، که طی جنگ جهانی دوم رمز های آلمانی ها را می شکست- پیدا است. ماشین های اولیه ی سی دی سی (CDC) صرفاً پردازنده های منفرد پر سرعتی بودند که تا ده برابر سریع تر از سریع ترین ماشین هایی که توسط دیگر شرکت ها معرفی شده بودند کار می کردند.

یک تحول در ابر رایانه

در دهه ی ۱۹۷۰ بیشتر ابر رایانه ها برای استفاده از پردازنده ی برداری طراحی می شدند و بسیاری از بازیگر های تازه کار برای ورود به بازار پردازنده هایی از این نوع را با قیمت ارزان تر عرضه می کردند. در دهه های ۱۹۸۰و ۱۹۹۰ پردازنده های برداری جای خود را به سیستم های پردازش موازی فشرده با هزاران سی پی یو (CPU) ساده ای داد که برخی از آنها واحد های غیر مرسوم و برخی طرح های متداول و سنتی بودند. امروزه طرح های موازی بر پایه ی ریز پردازنده های RISC " غیر مرسوم" مانند PowerPC یا PA_RISC قرار دارند.

● تكنولوژی ساخت ابركامپیوترها   super computer

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. 

ابزار های نرم افزاری

ابزار های نرم افزار ی پردازش توزیعی، API های استاندارد از جمله MPI و PVM و راه حل های نرم افزاری متکی بر منبع باز مانند Beowulf و openMosix، که کار ساخت نوعی از " ابر رایانه های مجازی" با استفاده از مجموعه های ایستگاه کار ها و خدمتگذار های عادی را تسهیل بخشید، را شامل می شود. فن آوری هایی مانند Rendezvous راه تولید خوشه های رایانه های ویژه را هموار ساخت. یک نمونه، تابع تفسیر توزیعی در برنامه کاربردی ترکیبیApple ۰۳۹;s Shake ست. رایانه هایی که از نرم افزار Shake استفاده می کنند کافی است فقط در شبکه در مجاورت یک دیگر باشند تا به طور خود کار منابع همدیگر را پیدا و مورد استفاده قرار دهند. در حالی که هنوز هیچ کس خوشه رایانه ی ویژه ای ای بهتر از ابر رایانه های سال گذشته نساخته است فاصله ی بین رایانه های رومیزی، یا حتی لپ تاپ ها و ابر رایانه ها در حال ناپدید شدن است و این احتمال وجود دارد که این روند با افزایش پشتیبانی توکار برای همسانی(parallelism) و پردازش توزیعی در سیستم عامل های رایانه های رومیزی تداوم یابد. یک زبان برنامه نویسی آسان برای ابر رایانه ها مبحث تحقیقاتی باز و وسیعی را در علم رایانه به جا ی می گذارد .

● ‌كاربرد ابركامپیوترها  super computer

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.

انواع دیگر از کاربرد ها ابر رایانه ها

ابر رایانه ها برای کارهایی که به محاسبات زیاد و دقیق نیازمند است به کار می رود از جمله: پیش بینی وضع هوا , تحقیقات آب و هوایی ( که شامل گرم شدن جهانی می شود)، نمونه سازی مولکولی (محاسبه ی ساختار ها و خصوصیات ترکیب های شیمیایی، درشت مولکول های زیستی، بسپار ها, و بلور ها، شبیه سازی های فیزیکی ( مانند شبیه سازی هوا پیما در تونل باد، شبیه سازی انفجار جنگ افزار های هسته ای و تحقیقات در مورد جوش هسته ای )، رمز گشایی و مانند آن. موسسه های نظامی و علمی از بزرگترین مشتری ها می باشند.

● 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. ‌

 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 super computer

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.

مبنع 1 :

در خصوص سوپرکامپیوتر Super Computer یا کامییوتر بزرگ بیشتر بدانیم

تاریخ : یکشنبه، 26 فروردین، 1386

موضوع : مقالات

منبع : شبکه رشد

‌بـــــرای كسب اطلاعـــــات بیشتـــــر در این زمینـه می‌توانید به سایت  http://www.eu-datagrid.org

 مراجعه كنید.

منبع 2 :

سیف علی مهینی          

وب ایران 

مرداد ۱۳۸۶Sunday, Aug 12, 2007

ارسال به