ابررایانه چیست و چه کاربردهایی دارد ؟ / مراحل ساخت قدرتمندترین ابررایانه ایرانی آغاز شد

کد مطلب: 82735  |  تاريخ: یکشنبه ۲۱ مهر ۱۳۹۸  |  ساعت: ۰۷:۰۰


علم و فناوری گزارش می دهد؛

ابررایانه چیست و چه کاربردهایی دارد ؟ / مراحل ساخت قدرتمندترین ابررایانه ایرانی آغاز شد

وحید یزدانیان، رئیس مرکز تحقیقات مخابرات ایران روز گذشته در جریان نشست با جوانان صنعت و دانشگاه خبر از شروع عملیات ساخت قدرتمندترین ابررایانه ساخت کشور به نام «سیمرغ» را داد؛ این ابر رایانه قرار است ۱۰۰ برابر قدرتمندتر از نمونه های قبلی خود باشد.

گروه دانش خبرگزاری علم و فناوری سجاد عبدلی ؛ ابررایانه ها ماشین ‌های سودمندی هستند که در انجام آزمایش ها و پژوهشات در زمینه های مختلف نقش حیاتی دارند و انسان را از شر بسیاری از محدودیت ها نجات می دهند. ابررایانه ‌ها که برای انجام محاسبات سنگین طراحی شده ‌اند دارای پیچیده‌‌ ترین فناوری ‌ها هستند و پردازشگر‌های بسیار قدرتمندی درون آن‌ها استفاده شده است به همین دلیل تنها کشورهای محدودی موفق به دستیابی به دانش و تکنولوژی ساخت آن گردیده اند. جمهوری اسلامی نیز با وجود تحریم های گسترده علمی توانسته است دانش ساخت این ابررایانه ها را کسب کند و طبق اطلاعات موجود مراحل ساخت قدرتمندترین ابررایانه کشور با قدرت 100 برابر بیشتر از نمونه قبلی در کشور شروع شده است. در این گزارش به معرفی ابررایانه ها، کاربردهای و وضعیت آن در کشور می پردازیم.

ابررایانه چیست ؟

ابررایانه (Supercomputer) به رایانه ‌ای گفته می شود که در زمینه میزان ظرفیت محاسبه در واحد زمان در دنیا پیشرو باشد. ابررایانه‌ها با دو پارامتر سرعت و ظرفیت پردازش مقایسه می‌شوند‌. این کامپیوترها از طریق پردازشگری موازی به این سرعت فوق العاده دست پیدا می‌کنند. در این شیوه شمار زیادی از پردازشگرهای کامپیوتری به طور همزمان اعمال محاسباتی را انجام می‌دهند. این عبارت برای اولین بار توسط مجله «نیویورک ورلد» برای اشاره به جدول‌سازهای MBI در دانشگاه کلمبیا به کار رفت.

تاریخچه ساخت ابررایانه ها

ابررایانه‌ ها برای اولین بار در دهه ۱۹۶۰ توسط  "سیمور کری " از بنگاه کنترل اطلاعات (CDC) طراحی و ساخته شد. در سال 1975 "سیمور کری" از از بنگاه کنترل اطلاعات جدا شد و شرکت مستقل به نام "تحقیقات سیمور" را راه ‌اندازی نمود. وی با ساخت ابررایانه های جدید توانست تا پنج سال (۱۹۸۵–۱۹۹۰) یکه‌ تاز بازار ابررایانه ها شود. در سال ۱۹۸۰ هم‌زمان با ظهور بازار رایانه‌های کوچک که یک دهه قبل به وجود آمده بودند تعداد زیادی رقبای کوچک وارد بازار شدند. اما بسیاری از آن‌ها در دهه ۱۹۹۰ با بروز مبارزات بازار ابررایانه حذف شدند.

پروژه رایانه کولاسوس در ۱۹۴۴

امروزه ابررایانه‌ ها طراحی‌ های سفارشی کم‌ نظیری هستند که شرکت‌ های صنعتی مثل IBM و HP تولید می‌ کنند. همان شرکت‌ هایی که بسیاری از شرکت‌ های دهه ۱۹۹۰ را خریداری نمودند تا از تجربه‌ های آن ها استفاده نمایند. البته شرکت "تحقیقات سیمور" همچنان به صورت حرفه ‌ای به ساخت ابررایانه ادامه می ‌دهد. البته واژه ابررایانه چندان پایدار و ثابت نیست چرا که ممکن است ابررایانه امروز فردا تبدیل به یک رایانه معمولی شود.

ابررایانه پیشرفته طراحی شده توسط شرکت IBM

امروزه ابررایانه ها بر اساس سفارش افراد و نهادها ساخته می شوند از جمله ۸۶۶۴ Power PC , Itanium, x و مدرن ‌ترین ابررایانه ‌ها بسته (کلاستر)های رایانه ‌ای با تنظیمات دقیق هستند که پردازنده ‌های کم حجم و رابط‌ های داخلی سفارشی و بسته به مورد دارند.

ابررایانه ‌ها چه کاربردی دارند ؟

ابررایانه‌ها به عنوان ابزار قدرتمند علمی در تمام کشورها به حساب می آیند. قدرت و سرعت این رایانه ها به نوعی نشان‌ دهنده ‌ی توان علمی یک کشور محسوب می شوند که دولت ‌ها برای ارتقا و پیشرفت آن ‌ها برنامه‌ های مشخصی دارند. ابررایانه ها به دلیل قدرت پردازش و سرعت بسیار بالا در قسمت های مختلف علمی کاربرد فراوان دارند که در ادامه به معرفی نمونه‌ هایی از آن ها خواهیم پرداخت.

1- صنایع هوافضا

ابررایانه ها در صنایع هوافضا نقش اساسی ایفا می ‌کنند و بدون وجود آن ‌ها، ساخت و پرتاپ ماهواره ‌ها و موشک‌ ها امکان پذیر نمی باشد. نحوه قرارگیری ماهواره‌ در مدار ، طراحی و شبیه‌سازی موتورهای جت‌و پیش‌بینی چگونگی حرکت آنها و جزییات مصرف سوخت موتور فضاپیما از مواردی است که برای انجام محاسبات آن ها از ابررایانه ها استفاده می شود چرا که انسان ها برای انجام محاسبات مربوط به آن ها باید ده ها سال زمان صرف نماید. اما ابررایانه ها در چند ساعت یا چند دقیقه تمام اطلاعات مورد نیاز را در اختیار مهندسان قرار می‌ دهند. از دیگر کاربردهای آن ها می‌ توان به محاسبه‌ ی دقیق محل حفر چاه‌های نفت و گاز در دریاها، ، صنایع هسته ‌ای، حل مسایل پیچیده‌ی علمی در دانشگاه‌ ها و مراکز تحقیقاتی و بهبود عملکرد هواپیماها و.. اشاره کرد .

2- صنایع نظامی

یکی دیگر از کاربردهای ابررایانه ها در صنایع نظامی می باشد ؛ به عنوان مثال در صنایع هوایی به کمک  ابر رایانه‌ ها می توان شبیه ‌ساز الگوهای پرواز ، مسائل آیرودینامیک پرواز و مدل سازی پرواز را به صورت پیشرفته و بدون خطا طراحی کرد .

شبیه ساز پرواز توسط رایانه ها

آزمایش تسلیحات و توان ارتش ‌های نظامی کشورها، علاوه بر مخرب و پرهزینه بودن، توانمندی ‌های نظامی آن ها را برای سایر کشورها آشکار می‌کند . برای پیشگیری از این آسیب ‌ها از ابر رایانه ها برای شبیه سازی عملکردشان استفاده می شود. تعیین هدف دقیق برای موشک‌ ها از مواردی است که این رایانه ها انجام می‌ دهند. این‌ گونه محاسبات باید با دقت صورت گیرد چرا که کوچک‌ ترین خطا در یک ده‌هزارم اعشار هم می‌ تواند مسیر حرکت موشک‌ ها را به کلی تغییر دهد و ممکن است به جای دشمنان، نیروهای خودی را هدف قرار دهد .

3-  نجوم و ستاره شناسی

نجوم ، یکی دیگر از علومی است که ابررایانه‌ها در پیشرفت آن نقش‌مهمی دارند. مدلسازی مسیر حرکت و رفتار اجرام آسمانی، بررسی توفان ‌های خورشیدی، اثر آن ها بر زمین و بررسی اینکه چگونه بعد از انفجار بزرگ ، ستاره‌ ها زمین و اجرام دیگر در فضا شکل گرفته‌ اند و اینکه چند سال از عمر جهان می گذرد؟ چقدر تاپایان عمرجهان باقی مانده است؟ این‌ ها از سوالاتی است که دانشمندان سعی در حل آن به وسیله ابر رایانه دارند.

4- صنایع پزشکی

پروتئین ‌ها یکی از اجزاء مهم در علوم پزشکی هستند که ساختار مولکولی پیچیده‌ و سه بعدی دارند. با تغییر اندکی در ساختار مولکولی ، پروتئین ها می‌توانند واکنش‌ های متفاوتی را در بدن ایجاد نمایند . بیماری‌ هایی همچون فیبروز کیستیک و آلزایمر با پروتئین ها در ارتباط می باشند به همین دلیل شناخت ماهیت و ویژگی های آن ها می تواند برای یادگیری این که چرا و چگونه چنین بیماری‌هایی رخ می‌دهند و راه درمان آنها چیست؟ بسیار تأثیرگذار باشد. شببیه سازی و بررسی پروتئین‌ها کار بسیار پیچیده و پر محاسبه ‌ای است که توسط ابررایانه ‌ها می توان به راحتی آن را انجام داد .

5- هواشناسی و زمین‌شناسی

یکی از ساده‌ترین کاربرد ابررایانه ها در علم هواشناسی و مطالعه‌ ی تغییرات آب و هوایی می باشد. با استفاده از ابررایانه ها می ‌توان با تحلیل داده‌ ها و پردازش آن‌ ها الگوهای تغییرات آب و هوایی را پیش بینی کرد و با کمک آن ها می ‌توان آمادگی لازم را در مقابل بسیاری از بلایای طبیعی مانند سیل ها ،طوفان ها وسونامی ایجاد نمود. به عنوان مثال دپارتمان دفاعی ایالات متحده‌ی آمریکا با استفاده از ابررایانه ها موفق به طراحی مدل جدید و دقیقی از وضعیت جوی شده اند که به کمک آن می ‌توان گردباد‌ها و طوفان ‌های سهمگین را  تا پنج روز زودتر از وقوع آن‌ ها پیش ‌بینی کرد. علاوه بر آن به کمک ابررایانه ها با تحلیل اطلاعات زمین شناسی مناطق زلزله خیز را مشخص ‌کنند تا با شناخت این نقاط از آسیب‌ها و خسارات احتمالی تا حدامکان جلوگیری نمایند .

با برترین ابررایانه های جهان در سال 2018 آشنا شوید

طراحی و ساخت ابررایانه ها احتیاج به دانش بالایی دارد به همین دلیل تنها کشورهای محدودی در جهان موفق به ساخت آن ها گردیده اند. در این زمینه سه کشور آمریکا، چین و ژاپن به عنوان قدرت‌ های تولید ابررایانه در دنیا شناخته می شوند و همواره بین این سه کشور رقابت برای تولید بهترین ابررایانه ها وجود دارد. آمریکا با داشتن 199 ، چین با 109و ژاپن با 37 ابر رایانه در جایگاه‌ اول تا سوم جهان از لحاظ ساخت ابررایانه قرار دارند .

برای رتبه بندی این ابرریانه ها، پارامترهای مختلفی وجود دارد که مهم ‌ترین آن ‌ها فلاپ(flop) است. (فلاپ در واقع واحد اندازه‌گیری قدرت پردازش همزمان یک سیستم در ثانیه است.) 10 ابررایانه برتر جهان به ترتیب عبارت است از :

اسامی 10 ابر رایانه برتر جهان در سال 2018

ایران به جمع کشورهای دارای دانش ساخت ابررایانه پیوسته است

همانگونه که در بالا به آن اشاره کردیم ساخت ابررایانه با معیارهای جهانی احتیاج به دانش بالایی دارد که بتواند محاسبات پیشرفته در کوتاه ترین زمان و با درصد خطای پایینی انجام دهد. خوشبختانه طی سال های اخیر جمهوری اسلامی ایران علارغم تحریم های علمی توانسته است به جمع کشورهای دارای تکنولوژی ساخت ابررایانه بپیوند در ادامه به معرفی ابررایانه های ساخت کشور می پردازیم.

1- ساخت اولین ابررایانه توسط دانشگاه صنعتی امیر کبیر

اولین ابر رایانه در کشورمان در سال 1380 توسط محققان مرکز تحقیقات پردازش های فوق سریع دانشگاه صنعتی امیر کبیر طراحی و نوع پیشرفته تر آن در سال 1386 با هدف پيش‌بيني وضع رونمایی شد. این ابررایانه با بهره گیری از فناوری کلاستر با حافظه ای برابر 56 گیگا بایت و ظرفیت ذخیره سازی 5 هزار و 800 گیگا بایت دارای حداکثر توان پردازشی 860 میلیارد عمل در ثانیه است. سیستم عامل مورد استفاده در این سامانه، لینوکس بوده و یک نرم افزار نیز برای مدیریت، نظارت و کنترل سیستم توسط محققان مرکز تهیه شده است.

اولین ابررایانه ساخت دانشگاه صنعتی امیر کبیر

2- ساخت نخستین ابررایانه پردازش نانو محاسباتی در سال 1387

گام بعدی از سوی پژوهشگران ایرانی در پژوهشگاه دانشهای بنیادی برداشته شد. محققان این پژوهشگاه اولین ابر رایانه برای پردازش در حوزه نانو محاسباتی در پژوهشگاه دانشهای بنیادی را راه اندازی کردند. شبیه سازی روندهای دینامیکی، شبیه سازی انباشت هیدروژن از جمله قابلیتهای این ابر رایانه است. ضمن آنکه این سیستم امکان محاسبات 500 گیگا فلاپ محاسبه را دارد .

لحظه رونمایی ابررایانه نانو محاسباتی

ساخت این ابررایانه زمینه طراحی و ساخت دو ابررایانه ملی در دانشگاه های صنعتی امیرکبیر و صنعتی اصفهان را فراهم کرد که در ادامه به معرفی آن ها خواهیم پرداخت.

3- ساخت ابر رایانه با ظرفیت ذخیره سازی 160 ترابایت در دانشگاه صنعتی امیرکبیر

این ابررایانه در سال 88 و با سرمایه گذاری معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری و دانشگاه صنعتی امیرکبیر به بهره برداری رسید. این ابر رایانه دارای ریزپردازنده ای با 288 عدد گره پردازشی با طراحی همگن و دارای بیش از 4 هزار و 600 هسته پردازشی می باشد. جمع قدرت محاسباتی این ابررایانه 89 میلیارد عملیات در ثانیه است که شامل 5/42 ترافلاپس پردازنده های اصلی و 5/46 ترافلاپس پرازنده های کمکی است. شبکه ارتباطی این ابررایانه با سرعت 40 مگابایت در ثانیه عمل می کند و حجم حافظه اصلی آن به بیش از 9 ترابایت می رسد. ظرفیت ذخیره سازی فعلی آن نیز 160 ترابایت (هزار میلیارد بایت) است. این ابررایانه قابلیت اتصال به شبکه ابررایانش ملی (گرید) را دارد و می تواند نظارت یکپارچه بر اجزای سخت افزاری و سخت افزاری داشته باشد.

4- ابر رایانه دانشگاه صنعتی اصفهان

چهارمین ابررایانه ملی در دانشگاه صنعتی اصفهان طراحی و ساخته شد. این ابررایانه نیز دارای یک شبکه ارتباطی 40 گیگابیتی برای محاسبات پردازشی بسیار سریع با قابلیت پشتیبانی از تعداد 288 پورت 40 گیگا بیت، دو شبکه گیگابیت برای مدیریت سامانه‌ و اجرای محاسبات بر اساس پروتیکل TCP/IPو یک شبکه برای پایش سخت افزار است. حافظه محاسباتی این سیستم بیش از 7 هزار و 500 گیگابایت بوده و حجم ذخیره سازی که در این سامانه پیش بینی شده در حال حاضر به بیش از 30 هزار گیگابایت می رسد که متناسب با نیاز صنایع امکان افزایش نامحدود این فضا نیز در آینده وجود خواهد داشت.

مراحل ساخت قدرتمند ترین ابررایانه ایران کلید خورد

بعد از رونمایی از ابررایانه های دانشگاه امیرکبیر و دانشگاه صنعتی اصفهان در سال 1389 ، ساخت آن ها توجه بسیاری از خبرگزاری‌ها در جهان را به خود جلب کرد و همچنین باعث ورود رسمی ایران به جرگه کشورهایی شد که ابررایانه‌ های کاربردی تولید می ‌کنند. اما مرداد ماه امسال محمدجواد آذری جهرمی، وزیر ارتباطات کشور خبر از ساخت ابررایانه ای به نام «سیمرغ» داد که قرار است 100 برابر از نمونه داخلی دیگر قدرتمندتر باشد. وی در صفحه توئتری خود نوشت:

« ابر رایانه ایرانی "سیمرغ" تا سال آینده آمده می شود: صد برابر قدرتمند تر از نمونه های قبلی، عالی و فوق العاده! این ابررایانه برای حمایت از کسب و کارها با هدف توسعه هوش مصنوعی به مردم خدمت خواهد کرد. هزار آفرین به سازندگان جوان و خلاق. بچه ها ممنونیم »

در این زمینه روز گذشته وحید یزدانیان، رئیس مرکز تحقیقات مخابرات ایران در جریان نشست با جوانان صنعت و دانشگاه شروع عملیات ساخت این ابررایانه را اعلام کرد؛ وی در توئیتر خود نوشت:

« همانطور که وزیر ارتباطات وعده داده بود، برای ساختن ابر رایانه «سیمرغ»، آستین ها را بالا زده ایم. امروز بازیگران اصلی از صنعت و دانشگاه در پژوهشگاه ارتباطات و فناوری اطلاعات ( ICT ) دور هم جمع شدند تا با هم افزایی، صنعت ساخت ابر رایانه را در کشور پایه‌گذاری کنند. آنچه مورد تائید وزیر ارتباطات است، موضوع ایده ها و اندیشه های نو و جدید است و باید ایده ها در جهت سیاست کلی وزارت ارتباطات باشد. »

کلام آخر  ...

ابررایانه‌ها جزو پیچیده ‌ترین سیستم‌ های محاسباتی بشر هستند که تاکنون کشورهای محدودی موفق به دستیابی به دانش و تکنولوژی آن شده اند. گرچه تاکنون جزئیات بیشتری از ابررایانه «سیمرغ» ارائه نشده است ولی ساخت آن می تواند باعث پیشرفت های گسترده ای در زمینه های مختلف همچون صنایع پزشکی، هوافضا، نظامی، آب وهوا و ... شود که دستیابی به دانش ساخت آن تنها و تنها با تکیه بر دانش بومی بوده است.

انتهای پیام /

 


http://stnews.ir/content/news/82735/ابررایانه چیست و چه کاربردهایی دارد ؟ / مراحل ساخت قدرتمندترین ابررایانه ایرانی آغاز شد

چاپ خبر