ابر رایانه یا Supercomputer چیست و چه کاربردی دارد؟

امروزه، مفهوم ابررایانه یا ابرکامپیوتر یا "Supercomputer" به عنوان یکی از نمادهای مهم برای پیشرفت فناوری در جهان شناخته می‌شود. این فناوری که ابتدا به طور عمده برای پروژه‌های علمی و نظامی استفاده می‌شد، اکنون به یک ابزار قدرتمند و کاربردی تبدیل شده است که در انواع زمینه‌های اقتصادی، علمی، پزشکی و حتی سرگرمی به کار می‌رود.

با پیشرفت روزافزون فناوری و نیازهای اطلاعاتی، ابر رایانه به عنوان یک ساختار پویا و قابل تغییر که منابع محاسباتی، ذخیره‌سازی، و سرویس‌های مختلف را به صورت مجازی ارائه می‌دهد، به نقطه توجه بسیاری از سازمان‌ها، شرکت‌ها، و حتی افراد تبدیل شده است.

 ابررایانه­‌ها شامل اکثر اجزای کلیدی یک کامپیوتر معمولی از جمله حداقل یک پردازنده، دستگاه های جانبی، کانکتورها، یک سیستم عامل و برنامه های کاربردی مختلف هستند. تفاوت عمده بین یک ابر کامپیوتر و یک کامپیوتر استاندارد قدرت پردازش آن است. به طور کلی، ابرکامپیوترها ماشین‌هایی تک و فوق سریع بودند که عمدتاً توسط کسب‌وکارهای سازمانی و سازمان‌های علمی مورد استفاده قرار می‌گرفتند که به قدرت محاسباتی عظیم برای محاسبات با سرعت بسیار بالا نیاز داشتند. با این حال، ابررایانه‌های امروزی می‌توانند از ده‌ها هزار پردازنده تشکیل شوند که می‌توانند میلیاردها – حتی تریلیون‌ها – محاسبه در ثانیه انجام دهند.

اهمیت ابررایانه‌ها

ابر رایانه با قدرت پردازشی فراتر از دسترسی‌های معمول، امکان انجام عملیات پیچیده و زمان‌بر را در زمان کوتاهتری فراهم می‌کند. این امکان برای محققان، مهندسان، مدیران سیستم و حتی هواداران بازی‌های رایانه‌ای بسیار ارزشمند است. با توجه به قابلیت‌های بیشتر و هزینه‌های کمتر در مقایسه با ساخت و نگهداری سرورهای خود، استفاده از این فناوری در امور مختلف از جمله تحقیقات علمی، تحلیل داده، مدیریت منابع، و حتی برگزاری بازی‌های آنلاین پرفروش شده است.

اجزای ابررایانه

ابررایانه‌ها سیستمهای پیچیده ای هستند که از سخت افزار و نرم افزارهای فراوان و تخصصی ساخته شده اند و توانایی وظایف محاسباتی عظیم را دارند. اجزای اصلی یک ابررایانه عبارت است از:

شتاب‌دهنده‌ها: شتاب دهنده ها تراشه هایی هستند که مثل GPU (واحد پردازش گرافیکی) و TPU (واحد پردازش تانسور)، در اقسام مشخصی از محاسبات و وظایف برتری دارند. شتاب دهنده‌ها باعث بهبود عملکرد ابررایانه از جمله تجزیه و تحلیل داده ها و یادگیری ماشین می‌شوند.

گره ها: گره‌ها واحدهای تشکیل دهنده اساسی یک ابررایانه هستند. هر گره یک کامپیوتر کوچک است که مجهز به یک CPU، حافظه و حافظه مخصوص به خود می‌باشد.

حافظه: ابررایانه ‌ها برای ذخیره و نگه داری داده ها به حافظه عظیمی نیاز دارند. حافظه شامل رم با سرعت بالا و انواع حافظه های تخصصی می‌شود.

پردازنده ها (CPU): ابررایانه‌ها اغلب از پردازنده ها به منظور محاسبات موازی (محاسبات همزمان) استفاده می کنند.

ارتباط متقابل: ارتباط متقابل گره ها را به هم متصل می کند و امکان کار و پردازش موازی را به منظور افزایش قدرت محاسباتی و کاهش زمان فرایند فراهم می‌کنند.

ذخیره سازی: هنگام کار با یک ابررایانه حجم عظیمی از داده ها باید با دسترسی آسان ذخیره شوند. حافظه SSD و شبکه های ذخیره سازی تخصصی امکان ذخیره سازی با سرعت و دسترسی بالا را ممکن می‌کنند.




سایر اجزای یک ابررایانه

سیستم های خنک کننده: یک ابررایانه هنگام کار انرژی زیادی مصرف می‌کند و اجزای سخت افزاری آن داغ می‌شوند. بنابراین یک ابرکامپیوتر سیستم خنک کننده قوی نیاز دارد.

منبع تغذیه: ابررایانه ‌ها مقدار زیادی انرژی مصرف می‌کنند که به منابع تغذیه قوی و زیرساخت‌های برق نیاز دارند.

سیستم عامل: در یک ابررایانه، سیستم عامل های تخصصی مانند لینوکس برای مدیریت سیستم استفاده می شود.

کاربردهای ابر رایانه‌ها

تحقیقات علمی: از مدل‌سازی اقلیم تا شبیه‌سازی ترکیبات مولکولی، ابر رایانه به محققان امکان می‌دهد تا مسائل پیچیده علمی را با دقت و سرعت بالا بررسی کنند.

تحقیقات همجوشی هسته ای: ابررایانه‌ها برای ساخت راکتورهای همجوشی هسته ای و محیط های مجازی برای آزمایش انفجارهای هسته ای و سلاح های بالستیک مورد استفاده قرار می‌گیرد.

تحلیل داده: در صنایع مختلف از ابزارهای تحلیل داده و هوش مصنوعی برای استخراج اطلاعات ارزشمند استفاده می‌شود. ابررایانه با پردازش سریع و موازی، این فرآیند را تسهیل می‌کند.

پزشکی: از شبیه‌سازی بیماری‌ها و توسعه داروهای جدید تا تجزیه و تحلیل تصاویر پزشکی، ابر رایانه در پزشکی نقش بسیار مهمی دارد.

خطوط هوایی و صنعت خودرو: ابررایانه‌ها برای طراحی شبیه‌سازهای پرواز و محیط‌های شبیه‌سازی شده خودرو، و همچنین اعمال آیرودینامیک برای کمترین ضریب درگ هوا استفاده می‌شود.

مهندسی: در طراحی و تحلیل سازه‌های بزرگ مانند پل‌ها و ساختمان‌ها، ابررایانه ‌ها به مهندسان اجازه می‌دهد تا مدل‌های پیچیده را به دقت بررسی کنند.

بازی‌های رایانه‌ای: ساخت و اجرای بازی‌هایی با گرافیک بالا و جهان‌های وسیع بدون قطعیت و تاخیر، به کمک قدرت پردازشی ابررایانه ممکن می‌شود.

تحقیقات آب و هوا و آب و هوا: برای پیش بینی تأثیر رویدادهای شدید آب و هوایی و درک الگوهای آب و هوایی، مانند سیستم اداره ملی اقیانوسی و جوی می‌توان از ابررایانه استفاده کرد.

ساخت ابر رایانه از چه زمانی آغاز شد؟

اگر می خواهید بدانید ساخت و استفاده از ابررایانه از چه زمانی آغاز شد باید گفت ابررایانه‌ها به طور معمول به عنوان یک فراخدمت از محاسبات در اینترنت اغلب در دهه ۱۹۶۰ مورد استفاده قرار گرفتند. اولین نوعی از این فراخدمت‌ها، سیستم زمان‌بندی است که به طور گسترده‌ای توسط متخصصین و نیازمندان از اینترنت مورد استفاده قرار گرفت.

اولین استفاده از ابررایانه‌ها در دهه ۱۹۶۰ مورد ارائه قرار گرفت، زمانی که محققان و مهندسان به دنبال راه‌حل‌هایی برای به اشتراک‌گذاری منابع محاسباتی بزرگ و داده‌ها بودند. در دهه ۱۹۶۰، محققان و مهندسان مانند جان مکارتی، جان مک‌کارتی، لئونارد كلين را با استفاده از مفاهیمی مانند "شبکه‌های کامپیوتری" و "محاسبات توزیع‌شده" و "حسگرهای جغرافیایی"، به توسعه مفهوم اولیه ابررایانه‌ها پرداختند.

شبیه‌سازان امیرکبیر، اجاره ابر رایانه

در نهایت ابر رایانه به عنوان یک راهکار قدرتمند برای دستیابی به قابلیت انعطاف‌پذیری، کارایی بالا و کاهش هزینه‌های محاسباتی در سطح گسترده‌ای شناخته می‌شود. این فناوری نه تنها به سازمان‌ها و کسب و کارها کمک می‌کند تا بهبود ارتباطات و تعاملات خود را افزایش دهند، بلکه برای افراد امکان دسترسی آسانتر به منابع محاسباتی و خدمات متنوع را فراهم می‌آورد. مجموعه شبیه سازان امیرکبیر دارای بزرگترین و کاملترین بانک اطلاعاتی می‌باشد که علاوه بر آن به آموزش شبیه سازی می‌پردازد. همچنین این مجموعه با ارائه خدمات بی نظیر خود یکی از بهترین و معتبرترین‌ها جهت اجاره ابر کامیپوترها می‌باشد.