چه کسانی از ابرکامپیوترها استفاده می‌کنند؟

زوميت/ با توجه به اينکه آمريکا و چين همچنان مشغول ساخت سريع‌ترين ابرکامپيوتر‌ها هستند، اين سؤال مطرح مي‌شود که چنين کامپيوتر‌هاي غول‌پيکري چه کاربردهايي دارند؟ هر ابرکامپيوتر به صدهاهزار هسته‌ي پردازشي مجهز شده و براي نگه‌داري و خنک‌‌کردن آن‌ها، به ساختماني کامل نياز است. براي ساخت هر ابرکامپيوتر ميليون‌ها دلار هزينه مي‌شود؛ اما با وجود اين مشکلات، نسل جديد ابرکامپيوتر‌هاي آمريکا و چين که به‌زودي رونمايي خواهند شد، در مقايسه با برترين ابرکامپيوتر‌هاي موجود، پنج‌برابر سريع‌تر خواهند بود. در اينجا، اين سؤال مطرح مي‌شود: «چه کساني به اين قدرت پردازشي و محاسباتي فراوان نياز دارند و چرا؟» وب‌سايت پي‌سي‌مَگ (PCMag) براي پاسخ به اين پرسش از آزمايشگاه ملي لورنس ليورمور واقع در کاليفرنيا بازديد کرده است. اين آزمايشگاه ميزبان چندين ابرکامپيوتر‌ است که ازجمله‌ي آن‌ها مي‌توان به دومين ابرکامپيوتر‌ سريع دنيا به‌نام «سيِرا» (Sierra) اشاره کرد. در اين آزمايشگاه، مهندسان روش استفاده از سيستم‌هاي موجود را براي انجام عمليات‌هاي تحقيقاتي و آزمايش سلاح‌هاي هسته‌اي مشخص مي‌کنند. سيستمي طبقه‌بندي‌شده اگر از سيِرا بازديد کنيد، دو کلمه‌ي طبقه‌بندي‌شده و داده‌هاي محرمانه‌ي محدودشده را مشاهده خواهيد کرد که روي اين ابرکامپيوتر درج شده است. اين دستگاه غول‌پيکر از ۲۴۰ سرور قفسه‌اي ساخته شده است. اين هشدارها به اين دليل روي سيِرا قرار داده شده است که اين ابرکامپيوتر‌ وظيفه‌ي ذخيره‌سازي داده‌هاي مرتبط با فعاليت‌هاي هسته‌اي آمريکا را برعهده دارد. ازجمله‌ي اين اطلاعات مي‌توان به روش منفجرشدن سلاح‌هاي هسته‌اي در دنياي واقعي اشاره کرد. کشور آمريکا آخرين آزمايش سلاح‌هاي هسته‌اي خود را در سال ۱۹۹۲ انجام داده است. اين کشور از آن به‌بعد، از ابرکامپيوتر‌ها براي کمک به انجام آزمايش‌ها در محيط مجازي بهره مي‌برد و سيِرا بخشي از اين وظيفه را عهده‌دار است. اين ابرکامپيوتر سال گذشته به‌منظور کمک به دولت آمريکا براي نظارت و آزمايش مؤثر زرادخانه هسته‌اي به‌ کار گرفته شد. آدام برتش، يکي از مهندسان ارشد محاسبات پيچيده در آزمايشگاه ملي لورنس ليورمور مي‌گويد: فقط درصورتي مي‌توانيد از راهکار بازدارنده استفاده کنيد که بدانيد به‌درستي کار مي‌کند. علاوه‌براين، دشمن شما نيز مي‌داند و باور دارد که عامل بازدارنده به‌درستي کار مي‌کند. جاي تعجب نيست که شبيه‌سازي انفجار هسته‌اي به محاسبات رياضي فراواني نياز دارد. اصول بنيادين علمي مي‌تواند چگونگي رفتار ذرات را در شرايط مختلف پيش‌بيني کند. همچنين، آمريکا داده‌هاي مربوط به آزمايش‌هاي واقعي انجام‌شده با سلاح‌هاي هسته‌اي در چند دهه‌ي اخير را دراختيار دارد. دانشمندان با ترکيب اين اطلاعات، محاسبات مربوط به ساخت مدل‌هاي کامپيوتر‌ي را انجام مي‌دهند. اين مدل‌ها مي‌توانند چگونگي وقوع انفجار هسته‌اي را محاسبه کنند و تغيير آن را با گذشت زمان نشان دهند. اساسا تلاش مي‌کنيد نقشه‌ي واکنشي زنجيره‌اي را بکشيد؛ بنابراين، محققان از اين مدل‌ها براي افزايش دقت پيش‌بيني انفجار هسته‌اي در سطح مولکول از فيزيک واقعي استفاده کرده‌اند. مسئله اين‌ است که انجام اين نوع کارها به محاسبات عددي بسيار زيادي نياز دارد. ابرکامپيوتر‌ سيِرا ۱۹۰ هزار هسته‌ي پردازشي مرکزي و ۱۷ هزار هسته‌ي پردازش گرافيکي دارد. تمام اين قدرت پردازشي، يعني اين ابرکامپيوتر‌ مي‌تواند وظايف سنگيني مثل شبيه‌سازي انفجارهاي هسته‌اي و تقسيم‌ آن به بخش‌هاي کوچک‌تر را انجام دهد. هريک از هسته‌ي موجود در سيِرا بخشي از عمليات شبيه‌سازي را انجام مي‌دهد و نتايج به‌دست‌آمده را با دستگاه اصلي مرتبط خواهد کرد. اين فرايند بارهاوبارها تکرار مي‌شود تا مدل موجود در ابرکامپيوتر بتواند از مرحله‌اي به مرحله‌ي بعدي شبيه‌سازي انفجار هسته‌اي برود. آدام برتش درادامه‌ي توضيحاتش گفت: شما مي‌توانيد شبيه‌سازي کاملي از انفجار هسته‌اي را با اين ابرکامپيوتر انجام دهيد و از روش عملکرد اين نوع انفجار مطلع شويد. دستگاهي تحقيقاتي توانايي ابرکامپيوترها در محاسبه و مدل‌سازي فعل‌وانفعالات، يکي از دلايل اهميت آن‌ها براي محققان است. درواقع، فعل‌وانفعالات همواره در اطراف ما در حال وقوع هستند؛ ازجمله تغييرات آب‌وهوايي، چگونگي شکل‌گيري ستاره يا شيوه‌ي پاسخ‌دادن سلول‌هاي انساني دراثر دارو. ابرکامپيوتر مي‌تواند اين تعاملات را شبيه‌سازي کند. سپس، دانشمندان مي‌توانند از داده‌هاي به‌دست‌آمده براي مواردي ازجمله اينکه آيا فردا باران خواهد باريد يا خير، اعتبارسنجي تئوري جديد علمي و ... استفاده کنند. افزون‌براين، تکنولوژي‌ مذکور مي‌تواند براي صنايع مختلف کاربردي باشد. درحقيقت، صنايع مختلف مي‌توانند طرح‌هاي بي‌شمار جديدي را بررسي کنند تا بهترين نمونه‌ي موجود براي آزمايش در دنياي واقعي انتخاب شود. به همين دليل، تقاضاي زيادي براي استفاده از ابرکامپيوتر‌هاي اين آزمايشگاه وجود دارد. برتش در اين باره مي‌گويد: مهم نيست چقدر قدرت پردازشي داريم؛ زيرا افراد تمايل دارند از آن استفاده کنند و درخواست براي استفاده از ابرکامپيوتر‌ها هر روز بيشتر مي‌شود. به همين دليل است که آمريکا به‌دنبال گسترش ابرکامپيوتر‌ها است. قدرت پردازشي بسيار زياد اين امکان را به دانشمندان مي‌دهد تا شبيه‌سازي‌هاي پيشرفته‌ي بيشتري را توسعه دهند که ازجمله مي‌توان به بازسازي فعل‌‌و‌انفعالات کوچک‌تر اشاره کرد. اين بازسازي‌هاي کوچک مي‌تواند روش‌هاي جديد براي پيشرفت را دردسترس دانشمندان قرار دهد. علاوه‌براين، گسترش اين نوع سيستم‌ها باعث خواهد شد پروژه‌هاي تحقيقاتي فعلي در زمان کوتاه‌تري تکميل شوند. برتش به اين موضوع اشاره کرده است که فرايندهاي پردازشي که قبلا به ماه‌ها زمان نياز داشت، هم‌اکنون فقط در چند ساعت انجام‌شدني است. سيِرا بخشي از شبکه‌اي طبقه‌بندي‌شده است که به اينترنت عمومي متصل نشده و هم‌اکنون دردسترس حدود هزار دانشمند تأييدشده قرار دارد تا از آن براي انجام برنامه‌هاي عملي استفاده کنند. علاوه‌براين، حدود سه‌هزار کاربر ديگر پروژه‌هاي غيرطبقه‌بندي‌شده‌ را با اين ابرکامپيوتر‌ها انجام داده‌اند. اين بخش به‌طور آنلاين دردسترس است و کاربران با دريافت نام‌ کاربري و رمزعبور مي‌توانند از آن استفاده کنند. برتش مي‌گويد هر ميزان هزينه‌اي که براي استفاده از ابرکامپيوتر‌ها پرداخت کنيد، به همان ميزان مي‌توانيد از درصد مشخصي از قدرت پردازشي آن استفاده کنيد. سيستم زمان‌بندي‌اي در ابرکامپيوتر‌ها استفاده شده است تا اشتراک‌گذاري منابع آن به‌طور منصفانه انجام شود. اين سيستم ميزان منابع اختصاص‌يافته به شما را تعيين مي‌کند. اگر مصرف شما از منابع کمتر از ميزان اختصاص‌يافته باشد، اولويت شما براي استفاده از ابرکامپيوتر بيشتر خواهد شد. شبيه‌سازي‌ها به‌طور دائم در حال اجرا هستند. ابرکامپيوترها مي‌توانند هزاران وظيفه را در هر زمان انجام دهند و همچنين موردي را که از آن با نام Hero Run ياد مي‌شود، پردازش کنند. علاوه‌بر‌اين، اين امکان وجود دارد که کل منابع ابرکامپيوتر فقط يک وظيفه را انجام دهد. همواره در حال اجرا سيِرا ابرکامپيوتر است؛ اما اين دستگاه از اجزاي محصولات ديگر ساخته شده است. به‌عنوان مثال، پردازنده‌هاي استفاده‌شده در اين دستگاه، تراشه‌هاي پرچم‌دار و قدرتمندي ساخت شرکت‌هاي معروف IBM و انويديا هستند و سيستم‌عامل نصب‌شده روي اين ابرکامپيوتر، توزيع لينوکس رِدهَت اينترپرايز (Red Hat Enterprise Linux) است. رِدهَت اينترپرايز سيستم‌عامل محبوب لينوکسي است که در بسياري از سرورها به کار برده مي‌شود. برتش مي‌گويد: در گذشته، ابرکامپيوتر‌ها معمولا ابعاد بسيار بزرگي داشتند و فضاي زيادي را اشغال مي‌کردند؛ اما حالا حتي بزرگ‌ترين سيستم‌هاي جهان اساسا از چند سرور متصل به يکديگر تشکيل شده‌اند و فضاي کمتري هم اشغال مي‌کنند. براي استفاده‌ي حداکثري از سيستمي مثل سيِرا، اين ابرکامپيوتر بايد بتواند انواع محاسبات تحقيقاتي را اجرا کند؛ بنابراين، آزمايشگاه ملي لورنس ليورمور سيِرا را به‌عنوان سيستم‌ همه‌منظوره توسعه داده است. با تمام اين‌ها، ابرکامپيوتر نيز به‌طور کامل بي‌نقص نيست. براساس بررسي‌هاي اين آزمايشگاه، سيِرا در هر ۱۲ ساعت با يک خطا مواجه مي‌شود که اين خطا مي‌تواند به کارکردهاي سخت‌افزاري مرتبط باشد. شايد اين موضوع جالب به‌نظر برسد؛ اما با فرض شما مالک ۱۰۰ هزار کامپيوتر‌ي شخصي باشيد، قطعا رخ‌دادن چنين خطاهايي اجتناب‌ناپذير است. ازجمله‌ مشکلات رايج ابرکامپيوتر‌ها مي‌توان به حافظه‌هاي DIMM و تأمين‌کننده‌هاي منبع تغذيه و فن‌هاي خنک‌کننده اشاره کرد. خوشبختانه سيِرا بسيار بزرگ است و ظرفيت‌ درخورتوجهي هم دارد. علاوه‌براين، در ابرکامپيوتر‌ها هميشه از فايل‌هاي حافظه به‌طور مستمر نسخه‌ي پشتيبان تهيه مي‌شود تا در شرايطي که سيستم با خطا مواجه شد، بتوان از اين داده‌ها استفاده کرد. شايد نتوان ابرکامپيوتر‌ها را از هرلحاظ با سيستم‌هاي خانگي مقايسه کرد. حتي گيمرها که معمولا از جديدترين پردازنده‌ها و قوي‌ترين کارت گرافيک‌ها استفاده مي‌کنند، نمي‌توانند سيستم‌هاي خود را به‌طور کامل با ابرکامپيوتر‌ها مقايسه کنند. چالش پيش‌ رو در ساخت ابرکامپيوتر‌ها اين است که بايد امکان اجراي وظايف مختلف به‌طور هم‌زمان در اين آن‌ها فراهم باشد. سيِرا خود به‌تنهايي فضايي به اندازه‌ي ۴,۳۶۶ مترمربع را اشغال کرده است. در اين فضا، صداي فن‌هاي زيادي شنيده مي‌شود که براي خنک‌‌کردن سخت‌افزار استفاده شده است. در سطح زيرين اين ابرکامپيوتر، سيستم پمپ آب را شاهد هستيم که در هر دقيقه، هزاران گالن آب را در لوله‌ها پمپ مي‌کند که خنک‌شدن برد‌ها و اجزاي ديگر ابرکامپيوتر را باعث مي‌شود. در بخش برق، اين آزمايشگاه به واحدهاي تغذيه‌ي ۴۵ مگاواتي مجهز شده است. براي درک بهتر اين ميزان انرژي بد نيست اشاره کنيم که اين ميزان الکتريسيته براي برق‌رساني شهري کوچک کافي است. حدود ۱۱ مگاوات از کل برق موجود به سيِرا تزريق مي‌شود. درهرحال، مصرف برق ابرکامپيوتر مي‌تواند باعث انتقاد برخي از شرکت‌هاي تأمين‌کننده محلي برق شود. هنگامي‌که اپليکيشني با خطا مواجه شود، درخواست انرژي سيستم مي‌تواند تا حد چند مگاوات کاهش يابد. آينده آزمايشگاه ملي لارنس ليورمور ميزبان ابرکامپيوتر‌ ديگري به‌نام سِکويا (Sequoia) است که در سال ۲۰۱۲ جزو معدود ابرکامپيوتر‌هاي برتر دنيا بوده است. اين آزمايشگاه تصميم گرفته است ابرکامپيوتر‌ سِکويا را تا پايان سال جاري از رده خارج کند تا ابرکامپيوتر‌ قوي‌تر و بزرگ‌تري را جايگزينش کند. ابرکامپيوتر‌ جديد ال‌کاپتان نام دارد که از جمله ابرکامپيوتر‌هاي جديدي است که آمريکا سعي کرده است آن را گسترش و توسعه‌ دهد. انتظار مي‌رود ابرکامپيوتر‌ جديد آمريکايي‌ها تا سال ۲۰۲۳ آماده شود. بااين‌حال، ال‌کاپتان تنها ابرکامپيوتر‌ي جديد آمريکايي‌ها نيست و درواقع، اين کشور قصد دارد از آن درکنار ديگر سيستم‌ها استفاده کند که جمعا براي آن‌ها بيش از يک‌ميليارد دلار هزينه شده است. هر دو اين ابرکامپيوتر‌ها تا سال ۲۰۲۱ و در آزمايشگاه‌هاي مجزا واقع در ايلينويز و تنسي ساخته خواهند شد. درعين‌حال شايد بپرسيد قدرت پردازشي اين ابرکامپيوتر‌ها کافي خواهد بود يا خير؟ سرعت اين سيستم‌ها چقدر بايد سريع باشد؟ درهرحال، مهم‌ترين نکته اين است که ابرکامپيوتر‌ها بايد امکان حل سريع مسائل را داشته باشند. صنعت ابرکامپيوتر‌ها در هر شرايطي بايد نوآور باشد. ساخت ابرکامپيوتر‌هاي بزرگ که به فضاي فيزيکي بيشتري نياز دارند، همچنان ادامه دارد. يکي از مديران ارشد آزمايشگاه مذکور مي‌گويد: ما محدوديت‌هايي را از ميان بر‌مي‌داريم که ممکن است اين تکنولوژي ايجاد کند. بايد به پيشرفت‌هايي برسيم که با کمک آن پردازنده‌هاي محاسباتي جديد بتوانند ما را به مرحله‌ي جديدي از عصر پردازش اطلاعات وارد کنند. درعين‌حال، آزمايشگاه ملي لارنس ليورمور با شرکت‌هايي مثل IBM و انويديا کار مي‌کند تا مشکلات موجود را رفع کند و ساختار شبکه‌هاي ابرکامپيوتر‌ها را بهبود دهند تا بدين‌طريق، امکان استفاده از اين نوع سيستم‌ها در زمينه‌هاي مختلف فراهم شود و پايداري آن‌ها نيز افزايش يابد. امروزه، سرعت پردازنده‌ها تنها خصيصه‌ي مهم ابرکامپيوتر‌ها نيست و علاوه‌بر افزايش سرعت پردازنده‌ها، بايد به ويژگي‌هايي ازجمله پهناي باند حافظه هم توجه کرد. آزمايشگاه مذکور در آينده اطلاعات بيشتري درباره‌ي ابرکامپيوتر‌ ال‌کاپتان ارائه خواهد کرد. اين آزمايشگاه به‌دلايل امنيتي قصد دارد تمامي اجزاي ابرکامپيوتر‌ي سِکويا را با دقت فراوان وارد چرخه‌ي بازيافت کند.

در کانال تلگرامي آي‌تي يا همان ← ™CanaleIT هم اخبار فناوري دسته اول و جذاب داريم