ابررایانه چیست؟

اصطلاح "اَبَر رایانه" یا "سوپرکامپیوتر" به رایانه ای اطلاق می­شود که با عملکرد بالاتری نسبت به رایانه­های معمولی کار می کند. معماری، منابع و اجزای ابر رایانه ها آنها را بسیار قدرتمند می کند و به آنها توانایی عملکرد خیلی سریع می دهد.

     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.

     این روزها، کاربردهای رایج برای ابررایانه ها شامل پیش بینی آب و هوا، کنترل عملیات راکتورهای هسته ای و رمزنگاری است. با کاهش هزینه ابررایانه ها، ابررایانه های مدرن برای تحقیقات بازار، بازی های آنلاین و برنامه های کاربردی واقعیت مجازی و واقعیت افزوده نیز مورد استفاده قرار می گیرند.

این توصیف‌ها به معرفی بهترین ابررایانه‌های جهان می‌پردازیم:

۱- ابررایانه فرانتیر (Frontier)

مشخصات:

• مکان: آزمایشگاه ملی اوک ریج - تنسی، ایالات متحده
• عملکرد: 1194 پتافلاپ (exaFLOPS 1.2)
• اجزای سازنده: پردازنده‌های 64 هسته‌ای AMD EPYC و پردازنده‌های گرافیکی AMD Instinct MI250X
•  بهره برداری: آگوست 2022

در حال حاضر، Frontier که توسط غول ابر محاسباتی HPE Cray در سال 2022 ساخته شده است، به عنوان اولین کامپیوتر exascale در جهان تبدیل شد. دانشمندان در ابتدا قصد داشتند از Frontier برای تحقیقات سرطان، کشف دارو، همجوشی هسته ای، مواد ناشناخته، طراحی موتورهای فوق کارآمد و مدل سازی انفجارهای ستاره ای بهره گیرند. بر اساس گزارش MIT Technology Review، در سال‌های آینده، دانشمندان از Frontier برای طراحی فناوری‌های جدید حمل‌ونقل و پزشکی استفاده خواهند کرد.

۲- ابررایانه اورورا (Aurora)

مشخصات

• مکان: آزمایشگاه ملی آرگون - ایلینوی، ایالات متحده
• عملکرد: 585 پتافلاپ (exaFLOPS 0.59)
• اجزای سازنده: پردازنده‌های گرافیکی سری Xeon Max اینتل و پردازنده‌های گرافیکی سری Max اینتل Data Center
• بهره برداری: ژوئن 2023

یکی از جوان‌ترین ابررایانه‌های موجود در این فهرست نیز ممکن است روزی قدرتمندترین شود. Aurora که در مرکز محاسبات رهبری Argonne (ALCF) مستقر است، دومین ابررایانه exascale تاریخ شد.

Aurora که با مشارکت اینتل و HPE ساخته شده است، ابزارهای علمی و تجزیه و تحلیل را ادغام می کند، مدل سازی و شبیه سازی را انجام می دهد و هوش مصنوعی (AI) را اجرا می کند. قدرت Aurora به آن اجازه می دهد تا مدل های دقیقی در حوزه های مختلف از جمله طرح ریزی آب و هوا، علم مواد، ذخیره انرژی و همجوشی هسته ای ایجاد کند. به گفته HPCWire، به طور خاص، Aurora بر فیوژن تمرکز دارد و ممکن است روزی به کشف راز انرژی همجوشی در مقیاس بزرگ کمک کند.

۳- ابررایانه عقاب (Eagle)

مشخصات

• مکان: Microsoft Azure — The Cloud / Distributed
• عملکرد: 561 پتافلاپ (exaFLOPS 0.56)
• اجزای سازنده: پردازنده‌های مرکزی ۸۴۸۰Intel Xeon Platinum C و پردازنده‌های گرافیکی ۱۰۰Nvidia H
• بهره برداری: آگوست 2023

ابررایانه Eagle مایکروسافت در یک آزمایشگاه مستقر نیست - بلکه در فضای ابری است و هر کسی می تواند از طریق پلت فرم ابری Microsoft Azure به آن دسترسی داشته باشد. این یک شبکه توزیع‌شده از سیستم‌ها است که مجموعا دارای قدرت کافی برای تبدیل شدن به سومین ابر رایانه سریع در جهان هستند. Eagle در تئوری توسط هر کسی که مایل به پرداخت هزینه است قابل دسترسی است.

۴- ابررایانه فوگاکو (Fugaku)

مشخصات

• مکان: مرکز علوم محاسباتی Riken - کوبه، ژاپن
• عملکرد: 442 پتافلاپ (exaFLOPS 0.44)
• اجزای سازنده: CPU های 64FX A
• بهره برداری: ژوئن 2020

فوگاکو که زمانی قدرتمندترین ابررایانه جهان بود - بین ژوئن 2020 تا ژوئن 2022 - یکی از قدیمی ترین سیستم های برتر در این لیست است. نام خود را از کوه فوجی گرفته است، آتشفشان فعال تقریباً 60 مایلی (100 کیلومتری) از توکیو، و هنگامی که برای اولین بار به بالای لیست TOP500 رسید، جانشین ابررایانه سامیت (شماره 7 در لیست) شد.

     دانشمندان طی سال‌ها از فوگاکو برای چندین سؤال تحقیقاتی حیاتی استفاده کرده‌اند. به گفته Nikkei Asia، در طول همه‌گیری کووید-19، محققان از توانایی‌های اعداد خرد کردن آن استفاده کردند تا تأیید کنند که ماسک‌های صورت ساخته شده با پارچه‌های نبافته در مسدود کردن قطرات تنفسی موجود در هوا مؤثرتر هستند. به گزارش ژاپن نیوز، فوگاکو در حال حاضر در حال آموزش مدل های زبان بزرگ هوش مصنوعی ژاپنی در قالب ChatGPT است.

۵- ابررایانه لومی (Lumi)

مشخصات

• مکان: مرکز داده CSC - Kajaani، فنلاند
• عملکرد: 380 پتا فلاپ (0.38 اگزافالاپ)
• اجزای سازنده: پردازنده‌های 64 هسته‌ای EPYC نسل سوم و پردازنده‌های گرافیکی AMD Instinct MI250X
• بهره برداری: ژوئن 2021

LUMI، مستقر در فنلاند، قدرتمندترین ابررایانه اروپا و پنجمین ابررایانه سریع در جهان است. به گفته مقامات اتحادیه اروپا (EU) از انرژی 100٪ تجدید پذیر برق آبی استفاده می کند و گرمای اتلاف آن برای گرم کردن ساختمان های مجاور استفاده می شود. سه سال پیش عملیات آزمایشی را آغاز کرد و در فوریه 2023 به طور کامل عملیاتی شد.

     مقامات پیش از این گفته بودند که این سیستم به عنوان ابررایانه ای که محققان از سراسر اروپا می توانند از آن برای تحقیقات مشترک استفاده کنند، برای بارهای کاری مبتنی بر هوش مصنوعی بهینه شده است. LUMI همچنین به عنوان "شریک" برای رایانه های کوانتومی، یعنی دو سیستم به نام های ۹۰۰۰QAL و Helmi - هر دو در فنلاند استفاده می شود.

۶- ابررایانه لئوناردو (Leonardo)

مشخصات

• مکان: مرکز داده CINECA - بولونیا، ایتالیا
• عملکرد: 239 پتافلاپ ( exaFLOPS0.23)
• اجزای سازنده: پردازنده‌های 32 هسته‌ای ۸۳۵۸Intel Xeon Platinum  و پردازنده‌های گرافیکی ۱۰۰ Nvidia A
• بهره برداری: نوامبر 2022

سیستم دیگری که بخشی از برنامه ابررایانه‌ای EuroHPC اتحادیه اروپا است؛ لئوناردو شامل سه ماژول است که با هم ترکیب شده و آن را به دومین ماشین سریع اروپا تبدیل می‌کند. سازمانی که میزبان آن است، CINECA، کنسرسیومی از دانشگاه‌های ایتالیا، مراکز تحقیقاتی عمومی و سازمان‌های دولتی است.

     این ابرکامپیوتر در ماه می 2023 وارد مرحله پیش تولید شد و طی آن 80 پروژه ارسال شد و 13 پروژه انتخاب شدند. سپس در ماه اوت، این ابر رایانه وارد فاز تولید خود شد.

۷- ابر کامپیوتر IBM Summit

IBM Summit، سریعترین سوپر کامپیوتر جهان است که در مرکز ملی Oak Ridge در تنسی قرار دارد. این دستگاه شامل ۴۶۰۸ سرور است که هر کدام دارای دو CPU Power9 با ۲۲ هسته و ۶ GPU Nvidia Volta با جمعیت بیش از ۲۷٬۰۰۰ GPU هستند.

مشخصات

• مکان: آزمایشگاه ملی اوک ریج - تنسی، ایالات متحده
• عملکرد: 149 پتافلاپ (0.15 اگزافلوپس)
• اجزای سازنده: پردازنده‌های 22 هسته‌ای ۹ IBM POWER و پردازنده‌های گرافیکی ۱۰۰Nvidia Tesla V
• بهره برداری: ژوئن 2018

سامیت که برای استفاده در آزمایشگاه ملی Oak Ridge توسعه داده شد، هشت برابر قدرتمندتر از ابررایانه قبلی این موسسه، Titan بود و به مدت دو سال قوی‌ترین ابررایانه جهان بود تا اینکه در سال ۲۰۲۰ توسط فوگاکو جابجا شد.

     نمایندگان در بیانیه ای گفتند، علاوه بر مدل سازی علمی، Summit برای بارهای کاری هوش مصنوعی از جمله یادگیری ماشین و یادگیری عمیق در زمینه هایی مانند سلامت انسان و کشف مواد بهینه شده است. به گفته اوک ریجر، این ابرکامپیوتر در طول سال‌ها برای تحقیقات کلیدی مهم بوده است. به عنوان مثال، از آن برای غربالگری میلیون‌ها دارو در طول همه‌گیری کووید-19 استفاده شد تا مشخص شود که آیا می‌تواند از ورود یا تکثیر ویروس در سلول‌های انسانی جلوگیری کند یا خیر. همچنین برای مدل‌سازی تلاطم استفاده می‌شود.

۸- ابر کامپیوتر TaihuLight

TaihuLight، یک سوپر کامپیوتر چینی است که در مرکز ابررایانه ملی ووکسی قرار دارد. وقتی در سال ۲۰۱۶ برای اولین بار روشن شد، با عملکرد LINPACK ۹۳ پتافلاپس، سریع‌ترین ابررایانه جهان شد.

TaihuLight  بیش از ۱۰٬۰۰۰ گره محاسباتی دارد، که هر کدام دارای یک کو-پردازنده Intel Xeon Phi  و ۳ CPU Xeon هستند. این ابررایانه مساحت ۴۰۰۰ مترمربعی را اشغال می‌کند و در حالت تمام سرعت، ۱۵ تا ۱۸ مگاوات انرژی مصرف می‌کند.

سیستم TaihuLight در اصل برای شبیه‌سازی‌های عددی، محاسبات ابری و تحقیقات یادگیری عمیق استفاده می‌شود. ابررایانه‌هایی مانند Summit و TaihuLight به دانشمندان و پژوهشگران امکان می‌دهند تا در مقیاس بی‌نظیری به مسائل پیچیده بپردازند و به پیشرفت دانش انسانی کمک کنند.