ویژگی ها و مشخصات ابر کامپیوتر های ایران و جهان

امروزه، مفهوم ابر کامپیوتر به عنوان یکی از پیشروهای فراگیر در عرصه فناوری اطلاعات و ارتباطات، جایگاه بسیار مهمی را در ساختار جهانی به خود اختصاص داده است. در این راستا، ایران نیز به عنوان یکی از کشورهایی که در حال توسعه و بهره‌برداری از فناوری ابر می‌باشد، نقش مهمی در این روند دارد. با وجود چالش‌هایی مانند محدودیت‌های مربوط به تحریم‌ها و نیاز به توسعه زیرساخت‌های فنی، ایران به دنبال توسعه و گسترش سیستم‌های ابری خود می‌باشد.

در این مقاله، قصد داریم تا به بررسی ویژگی‌ها و مشخصات ابر کامپیوتر های ایران و جهان بپردازیم.

تاریخچه مختصری از ابر رایانه

در سال 1964، سیمور کری و تیم مهندسانش در شرکتData Corporation (CDC) ، اولین ابررایانه را با نام ۶۶۰۰CDC  ساختند. در آن زمان ۶۶۰۰CDC ، 10 برابر سریع‌تر از رایانه‌های معمولی و سه برابر سریع‌تر از سریع‌ترین رایانه بعدی - IBM 7030 Stretch - بود که محاسبات را با سرعت حداکثر 3 مگا عملیات ممیز شناور در ثانیه (FLOPS) انجام می‌داد. اگرچه طبق استانداردهای امروزی کند است، اما در آن زمان، آنقدر سریع بود که بتوان آن را ابررایانه نامید.

     سیمور کری و تیمش که به‌عنوان «پدر ابر رایانه‌ها» شناخته می‌شوند، صنعت ابررایانه را رهبری کردند و ۷۶۰۰CDC  را در سال 1969 (160 مگا فلاپ)، Cray X-MP در سال 1982 (800 مگا فلاپ) و Cray 2 را در سال 1985 منتشر کردند (19 گیگافلاپس).

     متعاقباً، سایر شرکت‌ها به دنبال مقرون‌به‌صرفه‌تر کردن ابررایانه‌ها بودند و پردازش موازی گسترده (MPP) را توسعه دادند. در سال 1992، دان بکر و توماس استرلینگ، پیمانکاران ناسا، بیوولف، ابررایانه‌ای را ساختند که از مجموعه‌ای از واحدهای کامپیوتری که با هم کار می‌کردند، ساخته شد. این اولین ابررایانه ای بود که از مدل خوشه ای استفاده کرد. ابررایانه‌های امروزی از واحدهای پردازش مرکزی (CPU) و واحدهای پردازش گرافیکی (GPU) استفاده می‌کنند که برای انجام محاسبات با هم کار می‌کنند.

مشخصات فنی ابرکامپیوترهای ایران و جهان

در ابتدا به یک سری از ویژگی‌های عمومی هر ابرکامپیوتر می‌پردازیم و سپس با معرفی مشخصات ابر کامپیوترهای ایران و تعدادی از قوی‌ترین ابرکامپیوترهای جهان سخن را ادامه می‌دهیم:

• ظرفیت و اندازه‌ی فیزیکی: این مورد نشان دهنده‌ی توانایی ابرکامپیوترها در پردازش و ذخیره‌سازی داده است. از جمله‌ی این موارد می‌توان به تعداد و نوع سرورها، فضای ذخیره‌سازی و پردازنده‌ها اشاره کرد.
• قابلیت‌ها و خدمات ارائه شده: شامل مواردی مانند میزبانی اپلیکیشن‌ها، ذخیره‌سازی داده، محاسبات موازی و امکانات امنیتی است.
• امنیت و حریم خصوصی: مهم‌ترین موضوعی که در ابر کامپیوترها باید مورد توجه قرار گیرد، امنیت و حفاظت از داده‌ها و حریم خصوصی کاربران است.
• کارایی و عملکرد: عملکرد و کارایی ابرکامپیوترها بر اساس سرعت پردازش، زمان پاسخگویی و قابلیت اطمینان مورد بررسی قرار می‌گیرد.
• قیمت و هزینه: قیمت و هزینه‌ی استفاده از ابر کامپیوترها نیز از اهمیت بالایی برخوردار است و باید به عنوان یکی از مزایایی که این فناوری ارائه می‌دهد، باشد.
  
  

ابررایانه­ های ایرانی

طی سال‌های اخیر کشور علی‌رغم تحریم‌های علمی و اقتصادی توانسته به جمع کشورهای دارای تکنولوژی ساخت این ابررایانه بپیوندد. در این زمینه، خوشبختانه محققان کشورمان نیز با توجه به پیشرفت‌هایی که طی سال‌های اخیر به‌دست آورده‌اند، توانسته‌اند 14 نمونه از ابررایانه‌ها را طراحی کنند. در ادامه به معرفی ۳ ابررایانه ملی که در ۱۵ سال اخیر ساخته شده­اند، می‌پردازیم:

ابررایانه ارم:

ابر رایانه ایرانی ارم در سال ۱۳۸۹ در دانشگاه صنعتی امیر کبیر ساخته و بهره برداری شد و در سال ۹۰ در بین ۲۰۰ ابررایانه برتر دنیا و در رتبه ۱۰۸ قرار گرفت. حافظه اصلی این ابر رایانه به بیش از ۹ ترابایت می‌رسد و حاوی ۲۸۸ گره پردازشی با طراحی همگن است. حداکثر توان نامی پردازشی آن حدود ۸۹ ترافلاپس است و از قوی ترین رایانه­های دنیا به حساب می‌آید. ۸۹ ترافلاپس به این معناست که ۸۹ هزار میلیارد عملیات را در یک ثانیه می‌تواند انجام دهد. سرعت شبکه ارتباطی محاسباتی نیز به ۴۰ گیگابایت بر ثانیه می‌رسد. همچنین قابلیت اتصال به شبکه ابررایانش ملی را دارد. ابر رایانه ارم برای خدمات دهی به دانشگاه ها و مراکز تحقیقاتی طراحی شد و قابلیت حل سخت ترین مسائل را در کوتاه ترین زمان ممکن دارد.

ابررایانه شیخ بهایی:

ابررایانه ملی شیخ بهایی به طور همزمان با ابررایانه ارم و در دانشگاه صنعتی اصفهان به بهره برداری رسید. این ابررایانه به طور کلی از ابررایانه ارم ضعیف‌تر است. حداکثر توان نامی پردازشی ابررایانه شیخ بهایی حدود ۶۶ ترافلاپس است و حافظه‌ای بیش از ۷.۵ ترابایت دارد. سرعت شبکه ارتباطی محاسباتی نیز به ۴۰ گیگابایت بر ثانیه می‌رسد. برخورداری از این قدرت این ابررایانه را در زمان بهره برداری، همانند ابررایانه ارم در بین ۲۰۰ ابررایانه برتر جهان قرار داد.

ابررایانه سیمرغ

ابررایانه ملی سیمرغ در سال ۱۴۰۰ و به عنوان به‌روزترین ابررایانه ایران در دانشگاه صنعتی امیرکبیر و با همکاری وزارت ارتباطات، معاونت علمی ریاست جمهوری و وزارت علوم تحقیقات بهره برداری شد. این ابررایانه با محوریت خدمت در سه حیطه نرم افزاری، توسعه خدمت و زیرساخت‌های ابری تعریف شده است. توان پردازشی ابرایانه سیمرغ تا ۵ پتافلاپس هم می‎رسد (۵ میلیون عملیات در ثانیه) و در فازهای بعدی و بهبود زیرساخت‌ها به ۱۰ پتافلاپس نیز خواهد رسید. ظرفیت ابرایانه سیمرغ ۴۲ رک بر مبنای سطح سوم استاندارد TIA-942 ساخته شده است و تا ظرفیت ۸۴ رک نیز قابل ارتقا است. این ابررایانه که در فاز اول بهره برداری خود است، ۱۲ برابر از ابررایانه‌های ایرانی پیشین قوی‌تر است.

بهترین ابررایانه‌های جهان

قدرتمندترین ابررایانه­ های جهان بر تا ماه مارس سال ۲۰۲۴ به شرح زیر می‌باشد:

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.

ابر کامپیوترهای چگونه می توانند به ما کمک کنند؟

استفاده از ابر کامپیوترها به عنوان یکی از پیشروهای فناوری اطلاعات و ارتباطات، مزایای فراوانی را برای ما ارائه می‌دهند. این فناوری نه تنها امکان مقیاس‌پذیری در برابر تغییرات نیازهای سازمانی را فراهم می‌کند، بلکه با امکان پردازش موازی و توزیع شده، عملکرد و کارایی را بهبود می‌بخشد. از طرف دیگر، دسترسی به منابع بزرگ محاسباتی و امکانات امنیتی پیشرفته، به کاربران اطمینان می‌دهد که داده‌ها و اطلاعاتشان در مقابل حملات سایبری محافظت می‌شوند. همچنین، این فناوری به کاربران امکان اشتراک و همکاری در استفاده از منابع محاسباتی را می‌دهد که این امر باعث بهبود همکاری و افزایش بهره‌وری در سازمان‌ها و تیم‌ها می‌شود. به طور کلی، استفاده از ابر کامپیوترها نه تنها به بهبود عملکرد و بهره‌وری کمک می‌کند، بلکه با کاهش هزینه‌ها و زمان موردنیاز برای ارائه خدمات فناوری اطلاعات، یکی از ارزشمند ترین گزینه‌ها برای کاربران می‌باشد.