سوپرکامپیوتر چیست؟
سوپرکامپیوتر فرآیندی است که از منابع عظیم CPU و شبکه‌های پرسرعت برای پردازش پیچیده داده‌ها در مقیاس بزرگ استفاده می‌کند. برخی موارد کاربرد، مانند شبیه‌سازی‌های زمین‌شناختی یا تحلیل DNA، نیازمند پردازش همزمان میلیاردها یا حتی تریلیون‌ها نقطه داده در بازه زمانی کوتاه هستند. فناوری سوپرکامپیوتر نوعی از محاسبات با کارایی بالا است که از صدها یا حتی هزاران گره (node) استفاده می‌کند که به‌صورت موازی با یکدیگر برای حل مسائل پیچیده کار می‌کنند. گره‌های سوپرکامپیوتر با شتاب‌دهنده‌های مبتنی بر سخت‌افزار بهینه‌سازی شده‌اند که محاسبات را انجام می‌دهند، داده‌ها را مبادله و یکپارچه می‌کنند، با سرعت‌هایی که ماشین‌های معمولی قادر به دستیابی به آن نیستند.
موارد کاربرد سوپرکامپیوتر چیست؟
سوپرکامپیوتر کاربردهای گسترده‌ای دارد. اگرچه این لیست جامع نیست، در اینجا مجموعه‌ای از مثال‌ها ارائه شده است که نشان می‌دهد کسب‌وکارها چگونه از سوپرکامپیوتر استفاده می‌کنند.
دینامیک سیالات محاسباتی
دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) فرآیندی است که از مدل‌سازی ریاضی پیچیده برای ردیابی انتقال حرارت، حرکت سیال، تکانه و سایر فرآیندهای مرتبط استفاده می‌کند. CFD به تولید سریع شبیه‌سازی‌های جامع وابسته است که سوپرکامپیوترها در ایجاد آن‌ها برتری دارند. برای مثال، فرمول یک از فناوری دینامیک سیالات محاسباتی برای آزمایش خواص آیرودینامیکی خودروها استفاده می‌کند. با استفاده از سوپرکامپیوتر، آن‌ها می‌توانند جزئیات مختلفی را در طراحی خودروهای خود شبیه‌سازی کنند، زمان عرضه به بازار را کاهش دهند و کارایی را افزایش دهند.
تحقیقات ژنومی
قدرت پردازش پیشرفته سوپرکامپیوترها در مطالعه ساختار، عملکرد و نقشه‌برداری پیچیده ژنوم‌ها مفید است. عملیات‌های شناور در ثانیه در مقیاس کوادریلیون که سوپرکامپیوترها ارائه می‌دهند، به پژوهشگران امکان می‌دهد تحقیقات ژنومی را در مقیاس بزرگ انجام دهند. به‌عنوان مثالی واقعی، کتابخانه ملی پزشکی از سوپرکامپیوترهای قدرتمند برای تولید آرشیو خوانش توالی (SRA) استفاده می‌کند. SRA نتایج توالی‌یابی از بیش از نه میلیون آزمایش را در بر دارد و به بیوانفورماتیست‌ها امکان می‌دهد محتوای آن را به‌صورت جامع تحلیل کنند.
بازی‌سازی
مهندسان بازی باید اطمینان حاصل کنند که گیمرها می‌توانند بدون از دست دادن بسته‌ها، تراکم یا از دست رفتن فریم‌ها به بازی‌هایشان دسترسی داشته باشند. سوپرکامپیوتر به توسعه‌دهندگان امکان می‌دهد گرافیک‌ها را بهبود بخشند، فیزیک را شبیه‌سازی کنند و تنظیمات واقعی را رندر کنند. پردازشگرهای متعدد محاسبات ابری به پردازش داده‌ها و ارائه عملکرد بالا به گیمرها و توسعه‌دهندگان کمک می‌کنند. برای مثال، NICE DCV دسکتاپ‌های از راه دور و جریان برنامه را از طریق ابر به هر دستگاهی ارائه می‌دهد. این پشتیبانی نیاز به ایستگاه‌های کاری اختصاصی گران‌قیمت را حذف می‌کند. با استفاده از این سوپرکامپیوترها، توسعه‌دهندگان می‌توانند به عملکرد بالا دست یابند و هزینه‌ها را بهینه کنند.
تحقیقات پزشکی
تحقیقات پزشکی شامل تحقیق، توسعه و تولید داروها و مواد شیمیایی جدید است. منابع سوپرکامپیوتر به پژوهشگران قدرت پردازشی لازم برای بررسی تریلیون‌ها نقطه داده به‌صورت همزمان می‌دهند. سوپرکامپیوترهای مدرن در همه جا، از مدل‌سازی مولکولی گرفته تا تولید مواد جدید برای سلامت انسان، کمک می‌کنند.
شیمی خوب (Good Chemistry) نمونه‌ای از سوپرکامپیوتر در عمل است. این شرکت نوآورانه با هدف ایجاد جهانی پایدارتر، مسائل پیچیده مرتبط با علوم مواد را حل می‌کند. این شرکت از سوپرکامپیوتر برای شبیه‌سازی توسعه راه‌های جدید برای شکستن پیوندهای شیمیایی مواد پرفلوروآلکیل استفاده می‌کند که برای سلامت انسان مضر هستند.
مزایای سوپرکامپیوتر چیست؟
سوپرکامپیوترها می‌توانند منابع را تجمیع کنند تا عملیات‌های شناور در ثانیه در مقیاس کوادریلیون ارائه دهند. سازمان‌ها از این فناوری محاسبات با کارایی بالا برای دسترسی به مزایای زیر استفاده می‌کنند.
تسریع زمان عرضه به بازار
سوپرکامپیوتر از نمونه‌سازی دیجیتال محصولات پیچیده جدید پشتیبانی می‌کند، کارایی را بهبود می‌بخشد و زمان عرضه به بازار را در صنایعی مانند داروسازی، تحقیقات زمین‌گرمایی و سایر حوزه‌های ریاضی تسریع می‌کند. این فناوری از پردازش موازی برای کاهش قابل‌توجه زمان لازم برای انجام محاسبات پیچیده و شبیه‌سازی‌های فیزیکی استفاده می‌کند. محاسباتی که معمولاً هفته‌ها طول می‌کشند، در کسری از آن زمان انجام می‌شوند. شما می‌توانید با تسریع شبیه‌سازی‌ها، سرعت مراحل تحقیق و توسعه را افزایش دهید.
پذیرش هوش مصنوعی/یادگیری ماشین
فناوری‌های هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشین (ML) به قدرت محاسباتی عظیمی برای پردازش مقادیر زیادی داده نیاز دارند. شما می‌توانید از سوپرکامپیوتر برای مدیریت پردازش داده‌های با حجم بالا، مانند تریلیون‌ها نقطه داده در ثانیه، استفاده کنید تا درجه بالایی از بینش در مجموعه‌های داده عظیم ارائه شود. سوپرکامپیوتر به هوش مصنوعی و یادگیری ماشین قدرت می‌دهد و به این فناوری‌ها امکان می‌دهد در مقیاس بزرگ عمل کنند.
تحلیل داده‌های بزرگ
سوپرکامپیوتر می‌تواند تریلیون‌ها نقطه داده را در کسری از زمانی که معمولاً طول می‌کشد، تحلیل کند. شما می‌توانید مجموعه‌های داده عظیم را تحلیل کنید و همچنین عملیات شناسایی الگو، استخراج داده، تحلیل و سایر عملیات تحلیل داده را انجام دهید. سوپرکامپیوتر به ساده‌سازی تحلیل داده‌های بزرگ در صنایعی کمک می‌کند که پردازش موازی میلیون‌ها داده به‌صورت همزمان حیاتی است—مانند امور مالی، تحقیقات علمی و پزشکی.
عملکرد سریع‌تر
سوپرکامپیوتر معمولی بسیار سریع‌تر از کامپیوترهای معمولی است، زیرا از منابع ابزارهای فناوری اطلاعات از هزاران پردازشگر موازی بهره می‌برد. سوپرکامپیوترها ابزاری ضروری هستند—عملکرد بالاتر آن‌ها به افزایش سرعت هر فرآیند مرتبط با کامپیوتر کمک می‌کند.
سوپرکامپیوتر چگونه کار می‌کند؟
سوپرکامپیوتر از خوشه‌های گره‌های محاسباتی که در یک شبکه متصل پخش شده‌اند، استفاده می‌کند. هر گره زیرمجموعه‌ای از همان وظیفه را انجام می‌دهد تا در کنار هم نتیجه پیچیده نهایی را محاسبه کنند. یک خوشه محاسبات با کارایی بالا از صدها یا حتی هزاران گره محاسباتی تشکیل شده است، که هر گره تقریباً شامل هشت تا ۱۲۸ CPU است. سپس میان‌افزار شبکه این منابع محاسباتی را با برنامه‌های سطح بالا که به قدرت پردازش نیاز دارند، متصل می‌کند.
گره‌ها
سه نوع گره عملکرد اکثر سوپرکامپیوترها را تسهیل می‌کنند:
گره کاربر: گره کاربر از شبکه محاسباتی درخواست منابع می‌کند. هنگامی که کاربر نهایی این درخواست را ارائه می‌دهد، از طریق میان‌افزار عبور کرده و به تمام گره‌های سیستم محاسباتی شبکه اطلاع می‌دهد.
گره ارائه‌دهنده: گره ارائه‌دهنده منابعی را به شبکه محاسباتی ارائه می‌دهد. هنگامی که درخواستی جدید دریافت می‌کنند، شروع به انجام وظیفه می‌کنند. بسیاری از گره‌های ارائه‌دهنده امکان پردازش چندگانه متقارن با توانایی عملیات در ثانیه بالا را فراهم می‌کنند. میان‌افزار نتایج را جمع‌آوری و بازمی‌گرداند.
گره کنترلی: گره کنترلی به‌عنوان مدیر عمل می‌کند و تخصیص تمام منابع گره‌های ارائه‌دهنده را مدیریت می‌کند. ارتباط‌دهنده میان‌افزار روی گره کنترلی اجرا می‌شود و وظایف را به ارائه‌دهندگان خاص توزیع می‌کند.
اجزای سیستم سوپرکامپیوتر چیست؟
یک سیستم سوپرکامپیوتر از چندین جزء اصلی تشکیل شده است که با هم کار می‌کنند تا عملکرد بالایی ارائه دهند. در زیر توضیحی از اجزای اصلی ارائه شده است.
رابط شبکه
سوپرکامپیوتر از رابط‌های شبکه سفارشی استفاده می‌کند که به شما امکان می‌دهد برنامه‌هایی با ارتباط بین‌گره‌ای اجرا کنید. این رابط‌ها عملکرد ارتباط بین‌مثالی را بهبود می‌بخشند و به مقیاس‌پذیری بارهای کاری کمک می‌کنند. این فناوری‌ها از ترکیبی از رابط انتقال پیام (MPI) و برنامه‌های یادگیری ماشین برای ارائه انعطاف‌پذیری بر اساس تقاضا استفاده می‌کنند.
پروتکل نمایش از راه دور
سوپرکامپیوترها از پروتکل نمایش از راه دور استفاده می‌کنند، بنابراین مشتریان می‌توانند از مراکز داده یا ابر به برنامه‌ها روی دستگاه‌های خود دسترسی داشته باشند. این پروتکل به شما امکان می‌دهد برنامه‌های سنگین را از راه دور اجرا کنید و رابط کاربری را به دستگاه‌های ساده‌تر منتقل کنید. این جزء نیاز به ایستگاه‌های کاری اختصاصی گران‌قیمت را حذف می‌کند و استقرارهای انعطاف‌پذیر ارائه می‌دهد.
ابزار مدیریت خوشه
ابزارهای مدیریت خوشه به شما امکان می‌دهند خوشه‌های محاسبات با کارایی بالا را مدیریت و مستقر کنید. این ابزار شامل یک رابط کاربری گرافیکی ساده است که به شما دسترسی به منابعی که شبکه‌های محاسباتی را قدرت می‌دهند، می‌دهد. شما می‌توانید از ابزار مدیریت خوشه برای ارسال پرس‌وجوها، انجام پردازش موازی و مدیریت موثر خوشه‌های منابع خود استفاده کنید.
رابط یکپارچه
رابط یکپارچه به شما امکان می‌دهد از خدمات بومی ابر در همکاری با خوشه‌های موازی استفاده کنید. شما می‌توانید از یک رابط واحد برای ارسال وظایف به شبکه سوپرکامپیوترها یا زیرساخت‌های داخلی خود استفاده کنید. رابط یکپارچه به شما امکان می‌دهد تمام منابع محاسباتی خود را ردیابی کنید و عملکرد برنامه را به حداکثر برسانید.
خنک‌سازی و مدیریت توان
سیستم‌های سوپرکامپیوتر از سیستم‌های خنک‌کننده قدرتمند برای افزایش بهره‌وری انرژی استفاده می‌کنند. از آنجا که این سیستم‌ها از قدرت محاسباتی زیادی استفاده می‌کنند، برای جلوگیری از گرمایش بیش از حد به خنک‌سازی نیاز دارند. سیستم‌های انرژی کارآمد می‌توانند عملکرد بالایی ارائه دهند در حالی که منابع کمتری مصرف می‌کنند.
