راه اندازی دومین ابررایانه ایرانی به نام دانشمند ایرانی

محمدجواد آذری جهرمی وزیر ارتباطات و فناوری اطلاعات در حاشیه بازدید از ابر رایانه سیمرغ دانشگاه امیرکبیر با بیان اینکه دومین ابررایانه جمهوری اسلامی ایران راه انداری می شود، گفت: این ابر رایانه با ظرفیت ۱۰۰ پتافلاپس به نام “مریم میرزاخانی،” دانشمند ایرانی راه اندازی می شود.

وی در نشست رونمایی از ابر رایانه سیمرغ که در دانشگاه صنعتی امیرکبیر برگزار شد افزود: عملیات اجرایی ساخت ابر رایانه بعدی جمهوری اسلامی ایران برای تامین زیرساخت‌های هوش مصنوعی با ۱۰۰ فتاپلاس ظرفیت تا یکسال آینده با نام ” مریم میرزاخانی ” راه‌اندازی می‌شود.

ابررایانه چیست؟

ابر رایانه ( (Supercomputer به رایانه ای اطلاق می شود که دارای ظرفیت محاسباتی بالایی است. این نوع ابر رایانه ها برای اولین بار توسط مجله “نیویورک ورلد” برای جدول سازیهای IBM  در دانشگاه کلمبیا به کار رفت.

ابر رایانه ها به دلیل به کارگیری طرح های ابتکاری و جدید با سرعتی بیشتر از رایانه های متداول کار می کنند. این طرحها آنها را قادر می سازند تا بسیاری کارها را به صورت موازی انجام دهند. حافظه این رایانه ها به گونه ای تنظیم شده است تا هر میزان داده را در کمترین زمان پردازش و ذخیره کند.

با توجه به کاربردهای وسیع این سیستم ها در حوزه هایی چون تحقیقات آب و هوایی، نمونه سازی مولکولی و محاسبه ساختارها و خصوصیات ترکیب های شیمیایی، شبیه سازیهای فیزیکی و تحقیقات در مورد جوش هسته ای و رمزگشایی در سالهای اخیر اقداماتی در جهت طراحی و تولید ابر رایانه ها در مراکز پژوهشی و دانشگاهی صورت گرفت.

ابزارهای نرم افزاری

ابزارهای نرم‌افزاری برای پردازش توزیع شده شامل  APIهای استاندارد از جمله MPI, PVM و ابزارهای نرم‌افزاری متن باز ازجمله Beowulf, Warewulf, Open mosix هستند که ساختن یک ابررایانه را از شماری سرورها یا واحدهای کاری ممکن می‌کنند. فناوری‌هایی مثل ZerConf (Rendez-Vous/Bonjourقرار ملاقات/سلام) برای ساخت بسته‌های رایانه‌ای موردنیاز برای نرم‌افزارهای تخصصی مثل shake اپل هستند.

در علوم رایانه هنوز یک زبان برنامه‌نویسی ساده برای ابررایانه‌ها نیست و موضوع خوبی برای تحقیق خواهد بود. برنامه‌های کاربردی هزاران دلار هزینه داشت اما امروزه به لطف جامعهٔ متن باز (که گاهی در این زمینه فناوری‌های جالب توجهی به وجود می‌آورد) رایگان هستند.

ابررایانه‌ها با رم‌ها و کار آیی‌های بسیاری که دارند معمولاً برای عملیات حساس روی محاسبه از جمله مسائل فیزیک کوانتوم، هواشناسی، تحقیقات آب و هوا (از جمله تحقیق دربارهٔ گرم شدن کرهٔ زمین ( مدل‌سازی مولکولی ) مطالعهٔ ساختارها و محتویات ترکیبات شیمیایی، ماکرومولکول‌های بیولوژیکی، پلیمرها و بلورها ( شبیه‌سازی‌های فیزیکی ) مثل شبیه‌سازی هواپیماها در تونل‌های هوا، شبیه‌سازی انفجار سلاح‌های هسته‌ای و تحقیق دربارهٔ پیوست هسته‌ای تحلیل مخفی و … استفاده می‌شوند.

دانشگاه‌های بزرگ، مراکز نظامی و آزمایشگاه‌های تحقیقات علمی بزرگ‌ترین کاربران آن هستند. نوع خاصی از مسائل به نام مسائل بسیار مشکل، مسائلی که حل کامل شان نیازمند منابع رایانه‌ای نیمه بی پایان هستند.

یک مطلب قابل توجه در این مقاله تفاوت بین محاسبهٔ، توانایی محاسبه و ظرفیت است چنان‌که گراهام و همکارانش بررسی کرده‌اند. محاسبهٔ توانایی یعنی استفاده از ماکزیمم توان محاسبه برای حل یک مسئلهٔ بزرگ در کم‌ترین زمان. این سامانه اغلب می‌تواند مسئلهٔ را با حجم و پیچیدگی که هیچ رایانه دیگری نمی‌تواند حل کند حل نماید. اما محاسبهٔ ظرفیت یعنی استفاده از توان محاسبهٔ مقرون به صرفه و کارآمد برای حل مسائل کم و بیش بزرگ یا شمار زیادی مسائل کوچک یا آمادگی برای اجرا روی سامانه توانایی استفاده می‌شود.

محاسبهٔ سرعت ابررایانه

سرعت ابررایانه بر اساس FLOPS محاسبه می‌شود که مخفف عملیات دقیق شناور در هر لحظه می‌باشد و معمولاً هم یک پسوند SI مثل ترا یا پتا با آن است. در حالت ترا بودن آن را TFLOPS ترافلاپ ده به توان دوازده FLOP  و در حالت پتا بودن PFLOPS پتافلاپ ده به توان پانزده می‌گویند. این محاسبهٔ بر اساس مقیاسی که مارتیس بزرگ را تجزیه LU decomposition  می‌کند صورت می‌گیرد. این نمونه مسائل حقیقی را بررسی می‌کند اما خیلی راحت‌تر از محاسبهٔ مسائل جهان واقعی است.

سریع‌ترین ابررایانه کنونی

پس از  Tianhe-1A، نوبت به این غول چینی رسید تا رکورد سرعت را با ثبت عدد ۳۳٫۸۶ پتافلاپس بشکند.   Tianhe-2 از پردازنده‌های Xeons و Xeon Phi اینتل از سری آیوی بریج استفاده می‌کند و در مجموع ۳ میلیون و ۱۲۰ هزار هسته پردازشی دارد. این ابر رایانه که ۱۷٬۸۰۸ کیلووات مصرف انرژی دارد، بر روی کاغذ قادر است به سرعت ۵۴٫۹ پتافلاپس هم دست یابد. پس اگر لازم شد، شاید بتواند برای حفظ جایگاه خود، سرسختانه بجنگد.

معماری ابر رایانه مدرن

چنان‌که در فهرست نوامبر ۲۰۰۶ می‌بینیم ده رایانه برتر فهرست پانصد رایانه برتر (و البته بسیاری رایانه دیگر در این لیست) معماری سطح بالا اما مشابهی دارند. هر کدام مجموعه‌ای از مولتی پروسسورهای تماماً SIMD هستند.

هر ابررایانه‌ای بسته به شمار مولتی پروسسورهای مجموعه، شمار پروسسورهای هر مولتی پروسسور و نیز شمار عملیاتی که می‌تواند به صورت هم‌زمان در هر پروسسور SIMD انجام بدهد از دیگر ابررایانه‌ها متفاوت می‌شود. در این سلسله چنین چیزهایی داریم:

یک مجموعه رایانه‌ای که رایانه‌های آن از طریق شبکهٔ سرعت بالا یا شبکهٔ تعویض (switching fabric) اتصال بسیار مفصلی با هم دارند. هر رایانه هم تحت نمونهٔ مجزایی از OS کار می‌کند.

رایانه مولتی پروسسور رایانه‌ای است که تحت OS مشخصی کار می‌کند و بیش از یک CPU دارد و در آن نرم‌افزار سطح عملکرد از شمار پروسسورها مستقل است. وظایفی مثل مولتی پروسسینگ متقارن (SMP) و دسترسی غیرهمشکل به حافظه (NUMA) را با هم انجام می‌دهند.

یک پروسسور SIMD یک دستور را بر چندین دسته اطلاعات به صورت هم‌زمان اجرا می‌کند. پردازنده می‌تواند چندمنظوره یا برداری با کاربرد خاص باشد. سطح عملکرد هم می‌تواند بالا یا پایین باشد.

طبق بررسی ماه نوامبر سال ۲۰۰۶ قانون مور (Moore) و اقتصاد مقیاسی (economy of scale) فاکتور اصلی در طراحی ابررایانه‌ها هستند. یک PC دسکتاپ مدرن امروزه قوی تر از یک ابررایانه پانزده سال پیش است و این طراحی‌هایی که سابقاً اجازه می‌داد ابررایانه‌ها از ماشین‌های دسکتاپ بهتر عمل کنند در طراحی PCها استفاده می‌شوند.

به علاوه هزینه‌های ایجاد تراشه‌ها (چیپchip) باعث می‌شود طراحی تراشه‌های سفارشی برای کاربرد محدود مقرون به صرفه نباشد بلکه تولید انبوه تراشه‌ها را تأیید می‌کند که مشتری داشته باشند و هزینهٔ تولید را پوشش بدهد.

یک واحد کاری مدل هسته چهارگانه Xeon با عملکرد  GHz۲٫۶۶ از یک ابررایانه C۹۰ کری چند میلیون دلاری که در دههٔ ۱۹۹۰ استفاده می‌شد بهتر است و حجم بسیار بالایی از کار که در دههٔ ۱۹۹۰ به چنین ابررایانه‌ای نیاز داشت امروزه با یک واحد کاری کمتر از ۴۰۰۰ دلاری انجام می‌شود.

مسایلی که ابررایانه‌ها آن‌ها را حل می‌کردند اکثراً باید موازی‌سازی می‌شدند (یعنی تقسیم کار بزرگ به چند کار کوچک‌تر برای انجام هم‌زمان) آن هم به قطعات بزرگ تا حجم اطلاعاتی که بین واحدهای پردازندهٔ مستقل انتقال پیدا می‌کرد کاهش پیدا کند. این است که می‌توان به جای بسیاری ابررایانه‌های سنتی از بسته‌های طراحی استاندارد بهره برد که با برنامه‌ریزی قابلیت عملکرد یگانه و همگرا را دارند.

ابررایانه های هدفمند با کارایی بالا

ابررایانه هدفمند ابزارهای محاسباتی با عملکرد بسیار سطح بالا و معماری سخت‌افزاری مناسب حل یک مسئلهٔ خاص هستند. می‌توان در آن‌ها از تراشه‌های FPGA برنامه‌ریزی شده یا چیپ‌های VLSI سفارشی استفاده نمود که عمومیت شان را از دست می‌دهند اما در عوض نسبت قیمت به کاربرد بالاتری ارائه می‌دهند. از آن‌ها برای محاسبات نجومی و کد شکنی‌های بسیار قوی استفاده می‌شود. پیش آمده‌است که یک ابررایانه هدفمند جدید از برخی نظرها از سریع‌ترین ابررایانه وقت سریع تر عمل کند مثلاً GRAPE-۶ که در سال ۲۰۰۲ در برخی مسائل سریع تر از شبیه‌ساز زمین عمل کرد.

ابررایانه سیمرغ با ظرفیت نیم ترافیلاپس

ابررایانه سیمرغ در فضایی به مساحت تقریبی ۲۵۰ متر مربع با قابلیت گسترش به ۴۰۰ متر مربع اجرایی شده است. این ابر رایانه با ظرفیت ۴۲ رک قابل گسترش به ظرفیت ۸۴ رک بر مبنای سطح سوم استاندارد TIA_۹۴۲ ساخته شده است و می‌تواند از توان پردازشی ۵ پتافلاپس پشتیبانی کند.

سیمرغ بر مبنای فناوری فضای مجازی و رایانش ابری طراحی شده است. مجازی سازی باعث افزایش بهره وری از منابع موجود و انعطاف پذیری در ارائه خدمات متنوع شده و همچنین امنیت داده‌ها را دو چندان خواهد کرد.

از قابلیت‌های ابر رایانه سیمرغ می‌توان در کاربرد‌های نوین نظیر هوش مصنوعی، تحلیل کلان داده، اینترنت اشیا، بازی سازی و پویا نمایی، شبیه سازی‌های علمی، هواشناسی و تحلیل داده‌های ژنتیک بهره برد.

ظرفیت این ابررایانه نیم ترافلاپس است که سرویس‌های پردازشی برای نهاد‌ها و مراکز مختلف تحقیقاتی ارایه می‌کند.

انتهای پیام/