بهترین سوپر کامپیوترهای دنیا

نوشته شده توسط networkparts

لینک کوتاه مطلب:

https://networkparts.ir/?p=12275

مقدمه

سوپر کامپیوتر یا ابر کامپیوتر چیست و 10 مورد از بهترین سوپر کامپیوتر دنیا کدام هستند ؟ ابر کامپیوتر یا همان Supercomputer در زبان انگلیسی به کامپیوتری گفته می شود که در زمان فعالیت خود، در حوزه ظرفیت محاسبه در واحد زمان، در دنیا کم نظیر و پیشرو باشد. سوپرکامپیوترها، سیستم‌های بسیار پیشرفته و قدرتمندی هستند که از تعداد بسیار زیادی پردازنده و حافظه استفاده می‌کنند تا بتوانند به پردازش محاسباتی بسیار پیچیده و حجیم بپردازند.

این سیستم‌ها به طور معمول در محیط‌هایی مانند پژوهشگاه‌ها، دانشگاه‌ها و شرکت‌های بزرگ استفاده می‌شوند. سوپرکامپیوترها به دلیل پردازش‌های سنگینی که انجام می‌دهند، اغلب به صورت مجموعه‌ای از سرورهای قدرتمند و متصل به هم هستند.

تاریخ مختصر صنعتی سوپر کامپیوترها

می توان گفت که اولین کامپیوتر پیشرفته که سنگ بنای تولید سوپر کامپیوترها را نهاد کامپیوتری بود که توسط شرکت IBM با نام Stretch تولید شده و در دهه ۱۹۵۰ معرفی گردید. این سیستم با 2 برابر کردن سرعت پردازش باعث شد که IBM به عنوان شرکتی پیشگام در حوزه کامپیوتر شناخته شود.

از جمله مهم‌ترین ویژگی‌های Stretch، پردازنده‌های بسیار قدرتمند آن بود که با ۶۴ بیت و فرکانس ۳۶۰ کیلوهرتز کار می‌کردند. همچنین این سیستم اولین کامپیوتری بود که از حافظه موازی استفاده کرد و با توجه به دستاورد‌های بزرگی که در زمینه پردازش داده‌های علمی و مهندسی از آن به دست آمد، می‌توان این سیستم را یکی از موفق‌ترین دستاوردهای شرکت IBM در زمینه کامپیوتر دانست.

اولین سوپرکامپیوتر در دهه ۱۹۶۰ میلادی به وجود آمد و با نام Control Data Corporation (CDC) 6600 شناخته می‌شود. این سوپرکامپیوتر توسط شرکت Control Data Corporation طراحی و ساخته شد و در سال ۱۹۶۴ معرفی شد.

این سوپرکامپیوتر در زمان خود بسیار پیشرفته و قدرتمند بود و با ابعاد ۳.۶ در ۳.۳ در ۲.۵ متر و وزن بیش از ۵ تن، قابلیت پردازش ۳۰۰۰۰ عملیات در ثانیه را داشت. CDC 6600 از پردازنده‌های ۶۴ بیتی که با سرعت ۱ مگاهرتز کار می‌کردند، استفاده می‌کرد و دارای حافظه دسترسی تصادفی (RAM) با ظرفیت ۱۲۸ کیلوبایت بود.

CDC 6600 در بسیاری از پروژه‌های مهم محاسباتی به کار گرفته شد، از جمله در پروژه ماهواره‌های Apollo که برای فرود آسمانی در ماه برای بشریت بسیار مهم بود. به طور کلی، اولین سوپرکامپیوتر CDC 6600، مایل‌ستونی در تاریخ پردازش محاسباتی بود و تحولات بسیاری را در این زمینه رقم زد.

سخت افزار بهترین سوپر کامپیوترها

سخت‌افزار سوپر کامپیوترها برای پردازش داده‌های بزرگ و پیچیده به طراحی و ساخت قطعاتی با توان پردازش بالا و همچنین سیستم‌های موازی و متعدد تقسیم می‌شود. سوپر کامپیوترها از پردازنده‌های قدرتمند، حافظه‌های بزرگ، سیستم‌های موازی و سریع، دیسک‌های سریع و بزرگ، شبکه‌های ارتباطی بسیار پیچیده و سیستم‌های خنک کننده پیشرفته استفاده می‌کنند.

از نظر پردازنده، سوپر کامپیوترها معمولاً از پردازنده‌های چند هسته‌ای و چند نخی استفاده می‌کنند که باعث افزایش سرعت پردازش و بهره‌وری این سیستم‌ها می‌شود. همچنین، سوپر کامپیوترها از حافظه‌های RAM بسیار بزرگ و پرسرعت استفاده می‌کنند که این قابلیت را فراهم می‌کند تا داده‌ها به سرعت بالا و بدون نیاز به انتقال داده به دیسک‌ها پردازش شوند.

علاوه بر این، سوپر کامپیوترها از تعداد زیادی پردازنده و حافظه‌های موازی استفاده می‌کنند که این سیستم‌ها را قادر می‌سازد تا داده‌ها را به صورت موازی و با سرعت بسیار بالا پردازش کنند. به علاوه، سوپر کامپیوترها از شبکه‌های بسیار پیچیده و پرسرعت برای ارتباط داده‌ها بین پردازنده‌ها و کامپیوترهای مختلف استفاده می‌کنند.

سخت افزار بهترین سوپر کامپیوترها

نرم‌افزارهای مورد استفاده در سوپر کامپیوترها اغلب برای پردازش‌های علمی و پژوهشی به کار می‌روند. این نرم‌افزارها برای پردازش داده‌های بزرگ و پیچیده طراحی شده‌اند و معمولاً از طریق محاسبات موازی و متعدد به اجرای پردازش‌های سنگین می‌پردازند.

نرم‌افزارهای مورد استفاده در ابر کامپیوترها شامل موارد زیر است:

سیستم عامل: سوپر کامپیوترها برای اجرای برنامه‌های پردازشی مورد نیاز از سیستم‌عامل‌های خاصی استفاده می‌کنند. این سیستم عامل‌ها معمولاً بر پایه لینوکس طراحی شده‌اند و قابلیت پردازش‌های موازی بالا و مدیریت داده‌های بزرگ را فراهم می‌کنند.
کتابخانه‌های عددی: بسیاری از برنامه‌های پردازشی مورد استفاده در سوپر کامپیوترها به کتابخانه‌های عددی نیاز دارند. این کتابخانه‌ها برای انجام محاسبات علمی و ریاضیاتی مورد استفاده قرار می‌گیرند و قابلیت پردازش‌های موازی را دارا می‌باشند.
نرم‌افزارهای پردازشی موازی: بسیاری از نرم‌افزارهای مورد استفاده در سوپر کامپیوترها، ابزارهای پردازش موازی هستند که قابلیت توزیع پردازش‌ها بین پردازنده‌ها و مدیریت داده‌های بزرگ را دارا هستند. این نرم‌افزارها شامل MPI (Message Passing Interface)، OpenMP و CUDA می‌باشند.
برنامه‌های کاربردی: برنامه‌های کاربردی مورد استفاده در سوپر کامپیوترها بسیار متنوع هستند و بسته به کاربردهای مختلف، ممکن است به صورت خاصی طراحی شوند. در ادامه به برخی از مهمترین برنامه‌های کاربردی سوپر کامپیوترها اشاره می‌شود:

- شبیه‌سازی‌های علمی: برای برخی از پژوهش‌های علمی و فنی مثل شبیه‌سازی پدیده‌های فیزیکی، مهندسی، شیمی و بیولوژی نیاز به قدرت پردازشی بسیار بالا و پردازش موازی دارند. برنامه‌های شبیه‌سازی در این زمینه با استفاده از سوپر کامپیوترها اجرا می‌شوند.
- پردازش تصویر و ویدئو: برای پردازش تصاویر بسیار بزرگ و پیچیده مثل تصاویر فضایی، تصاویر زمین‌شناسی، تصاویر پزشکی و پردازش ویدئوهای با رزولوشن بالا و سرعت بالا ممکن است نیاز به استفاده از سوپر کامپیوترها باشد.
- تحلیل داده‌های بزرگ: با توجه به اینکه داده‌ها به سرعت در حال افزایش هستند، پردازش داده‌های بزرگ نیاز به قدرت پردازشی بالا و ابزارهای موردی برای تحلیل داده‌های پیچیده دارد. سوپر کامپیوترها برای این منظور مورد استفاده قرار می‌گیرند.
- تحلیل و پیش‌بینی آب و هوا: پیش‌بینی و تحلیل آب و هوا به دلیل پیچیدگی و تعداد بالای پارامترهای موثر در پدیده آب و هوا، نیاز به قدرت پردازشی بسیار بالا و پردازش موازی دارد.
- و بسیاری برنامه های کربردی دیگر

تکنولوژی‌ های که اولین بار برای استفاده در ابر رایانه ها تولید شده

پردازش برداری
خنک‌کنندگی مایع
دسترسی ناهمشکل به حافظه (NUMA)
سیستم RAID
فایل سیستم‌های موازی

معرفی 10 سوپر کامپیوتر برتر دنیا

شماره 1 از 10 بهترین سوپر کامپیوتر دنیا: Summit

سوپر کامپیوتر Summit توسط شرکت IBM برای دانشگاه Oak Ridge National Laboratory در ایالات متحده آمریکا ساخته شده است. این سوپر کامپیوتر در سال ۲۰۱۸ رونمایی شده و با استفاده از فناوری IBM POWER9 و سیستم مدیریت فرآیند OpenBMC طراحی شده است.
Summit در حال حاضر دارای ۲۷۶٬۴۸۰ پردازنده مرکزی (CPU) POWER9 و ۲٬۴۰۰٬۰۰۰ هسته پردازشی گرافیکی (GPU) Nvidia Tesla V100 می‌باشد. با این قدرت پردازشی، این سوپر کامپیوتر می‌تواند در ثانیه بیش از ۲۰۰ پتافلوپس (PFLOPS) عملیات محاسباتی انجام دهد که از این جهت او را به یکی از قوی‌ترین سوپر کامپیوترهای دنیا تبدیل کرده است.
هدف اصلی Summit در انجام پژوهش‌های علمی و تحقیقاتی مختلف است که به دلیل پردازش موازی بالا و قدرت بالای پردازشی، می‌تواند در پردازش داده‌های بزرگ و پیچیده مثل شبیه‌سازی پدیده‌های آب و هوا، شبیه‌سازی پروتئین‌های بزرگ و تحلیل داده‌های بزرگ و پیچیده کمک کند. همچنین این سوپر کامپیوتر برای کاربردهای مختلفی مانند پردازش تصاویر و ویدئو، شبیه‌سازی‌های فیزیکی و مهندسی، تحلیل داده‌های بزرگ و بیوانفورماتیک نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

شماره 2 از 10 بهترین سوپر کامپیوتر دنیا: Sierra

Sierra توسط شرکت IBM و Nvidia برای دانشگاه Lawrence Livermore National Laboratory در ایالات متحده آمریکا ساخته شده است. این سوپر کامپیوتر در سال ۲۰۱۸ رونمایی شده و با استفاده از فناوری IBM POWER9 و سیستم مدیریت فرآیند OpenBMC و کارت گرافیکی Nvidia Tesla V100 طراحی شده است.

Sierra دارای ۱٬۵۶۰٬۰۰۰ هسته پردازشی گرافیکی (GPU) Nvidia Tesla V100 و ۴٫۳۲ پتافلوپس (PFLOPS) قدرت پردازشی می‌باشد. هدف اصلی Sierra در انجام پژوهش‌های علمی و تحقیقاتی، مانند تحلیل داده‌های بزرگ و پیچیده، شبیه‌سازی پدیده‌های پلاسما، طراحی انرژی هسته‌ای، تحلیل سیستم‌های ارتباطی و دفاعی، محاسبات ژنتیک و تحلیل تصاویر پزشکی است.

این سوپر کامپیوتر به عنوان یکی از اعضای سیستم‌های کامپیوتری بسیار بزرگ و پیچیده ایالات متحده آمریکا، در حوزه پژوهش و تحقیقات مختلفی کمک کرده است و به دلیل پردازش موازی بالا و قدرت بالای پردازشی، از اهمیت بسیاری در پژوهش‌های علمی و پروژه‌های صنعتی برخوردار است.

شماره 3 از 10 بهترین سوپر کامپیوتر دنیا: Sunway TaihuLight

Sunway TaihuLight توسط دانشگاه ملی دفاعی تکنولوژی چین در سال ۲۰۱۶ ساخته شده است. این سوپر کامپیوتر با استفاده از فناوری پردازشی چینی به نام SW26010 طراحی شده است که شامل ۱۰٬۶۸۰۰۰ هسته پردازشی (CPUs) است.

Sunway TaihuLight دارای ۱٬۳۵۰٬۰۰۰ هسته پردازشی و ۹٫۳۰ پتافلوپس (PFLOPS) قدرت پردازشی است. این سوپر کامپیوتر به صورت انحصاری برای استفاده در پروژه‌های پژوهشی و علمی چینی طراحی شده است و هدف اصلی آن، افزایش سرعت پردازش داده‌ها و شبیه‌سازی‌های پیچیده است.

از کاربردهای Sunway TaihuLight می‌توان به پردازش داده‌های بزرگ، محاسبات نظری در زمینه هواشناسی، فیزیک و ریاضیات، شبیه‌سازی هسته‌ای، پردازش تصاویر پزشکی و محاسبات موازی در حوزه صنعتی اشاره کرد. به دلیل قدرت پردازشی بالا و صرفه‌جویی در انرژی، Sunway TaihuLight به عنوان یکی از اعضای مهم سیستم‌های کامپیوتری بسیار بزرگ جهان، در حوزه پژوهش و تحقیقات مختلفی کمک کرده و به دلیل استفاده از فناوری چینی می‌تواند گامی در رقابت با سوپر کامپیوترهای غربی و اروپایی باشد.

شماره 4 از 10 بهترین سوپر کامپیوتر دنیا: Tianhe II

یکی دیگر از قدرتمندترین سوپر کامپیوترهای جهان است که توسط دانشگاه دفاع ملی چین ساخته شده است. این سیستم در سال ۲۰۱۳ معرفی شد و توانایی پردازشی آن برابر با ۳۳۸۹۸ پردازنده مرکزی Intel Xeon E5 بود که توسط ۴۰۰۰۰ GPU نیز پشتیبانی می‌شد.

Tianhe II با استفاده از ۱۶٬۰۰۰۰ پردازنده مرکزی و ۴۸۰۰۰ GPU، توانایی پردازشی بیش از ۳۳ پتافلوپس را دارد و به عنوان یکی از قوی‌ترین سوپر کامپیوترهای جهان شناخته شده است. این سوپر کامپیوتر برای استفاده در پروژه‌های پژوهشی و علمی چینی، به ویژه در حوزه شبیه‌سازی‌های هسته‌ای و هواشناسی طراحی شده است.

از کاربردهای Tianhe II می‌توان به پردازش داده‌های بزرگ در زمینه هواشناسی، شبیه‌سازی هسته‌ای، پردازش تصاویر پزشکی و همچنین شبیه‌سازی‌های پیچیده در حوزه ریاضیات اشاره کرد. به دلیل قدرت پردازشی بالای آن، Tianhe II به عنوان یکی از اعضای مهم سیستم‌های کامپیوتری بسیار بزرگ جهان، در حوزه پژوهش و تحقیقات مختلفی کمک کرده است.

شماره 5 از 10 بهترین سوپر کامپیوتر دنیا: Frontier

سوپر کامپیوتر Frontier در حال حاضر در دست ساخت و توسعه است. این سوپر کامپیوتر توسط شرکت کرایس‌لر(Cray Inc.) و مرکز محاسباتی Oak Ridge National Laboratory ساخته می‌شود و پیش‌بینی می‌شود که در سال ۲۰۲۱ آماده استفاده شود.

Frontier با استفاده از پردازنده‌های AMD Epyc و گرافیکی‌های Nvidia Volta تجهیز شده است. این سیستم قدرت پردازشی بیش از ۱٫۵۱ exaflops (یک کوئینتیلیون) دارد که آن را به عنوان یکی از قوی‌ترین سوپر کامپیوترهای جهان می‌سازد. علاوه بر این، از ظرفیت ذخیره سازی ۲۰۰ پتابایتی نیز برای این سیستم استفاده می‌شود.

Frontier به طور اساسی برای کاربردهای علمی و پژوهشی طراحی شده است و می‌تواند در شبیه‌سازی‌های هسته‌ای، شبیه‌سازی‌های آب و هوا، شبیه‌سازی‌های پزشکی، شبیه‌سازی‌های مهندسی و پروژه‌های محاسباتی سنگین دیگر مورد استفاده قرار گیرد. با توجه به توانایی پردازشی بسیار بالای آن، Frontier می‌تواند به پیشرفت‌های بسیاری در حوزه پژوهش و تحقیقات کمک کند و کاربردهای مختلفی در زمینه‌های مختلف را پوشش دهد.

شماره 6 از 10 بهترین سوپر کامپیوتر دنیا: Piz Daint

سوپر کامپیوتر Piz Daintدر مرکز محاسباتی سوئیس (CSCS) واقع شده است. این سوپر کامپیوتر با استفاده از پردازنده‌های Intel Xeon و گرافیکی‌های Nvidia Tesla P100 تجهیز شده است.

Piz Daint در حالت اولیه خود با توان پردازشی ۷٫۸ پتافلوپس (یک هزار میلیارد عملیات در ثانیه)، یکی از سریع‌ترین و قدرتمندترین سیستم‌های کامپیوتری جهان بود. این سوپر کامپیوتر در زمینه پژوهش‌های علمی و فناوری اطلاعات، به خصوص در زمینه شبیه‌سازی‌های پویایی‌های متفاوت، استفاده می‌شود. همچنین، این سیستم قدرتمند در شبیه‌سازی‌های هواشناسی، بررسی بیماری‌های مغزی و محیط زیستی نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در سال ۲۰۱۸، CSCS بهبودی بر روی سخت افزار سوپر کامپیوتر Piz Daint اعمال کرد و توان پردازشی آن را به ۲۵ پتافلوپس افزایش داد. با این توان پردازشی بسیار بالا، Piz Daint به شکل گسترده در پژوهش‌های علمی و تحقیقاتی بکار می‌رود و به دانشمندان و پژوهشگران کمک می‌کند تا درک بهتری از موضوعات پیچیده‌تری مانند آب و هواشناسی، فیزیک، شیمی، بیولوژی و مهندسی کسب کنند.

شماره 7 از 10 بهترین سوپر کامپیوتر دنیا: Trinity

سوپر کامپیوتر Trinity در سال ۲۰۱۸ توسط مؤسسه ملی علوم آمریکا (NNSA) و به همکاری مؤسسه کامپیوتری لاورنس (LLNL) ایجاد شد. این سیستم کامپیوتری در آزمایشگاه ملی لاورنس در ایالت نیومکزیکو قرار دارد و در حال حاضر یکی از ۵۰ سیستم سوپر کامپیوتری برتر جهان محسوب می‌شود.

سوپر کامپیوتر Trinity در واقع از ترکیب دو سیستم مجزا با نام‌های Sequoia و Cielo تشکیل شده است که در گذشته توسط همین مؤسسه‌های مذکور ساخته شده‌اند. سوپر کامپیوتر Trinity از پردازنده‌های Intel Xeon و کارت‌های شبکه‌ای Mellanox InfiniBand HDR 100G استفاده می‌کند و در مجموع بیش از ۹۸۰۰۰ هسته پردازنده دارد. همچنین، این سیستم دارای حافظه دسترسی تصادفی (RAM) بالغ بر ۳۳۴ ترابایت است.

سوپر کامپیوتر Trinity عمدتا برای شبیه‌سازی و پیش‌بینی رفتار هسته‌های هیدروژنی استفاده می‌شود. همچنین، این سیستم کامپیوتری در بسیاری از دیگر حوزه‌های مهمی همچون محاسبات نانومواد و شیمی مفید نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد.

شماره 8 از 10 بهترین سوپر کامپیوتر دنیا: AI Bridging Cloud Infrastructure

سوپر کامپیوتر AI Bridging Cloud Infrastructure یا ABCI توسط یکی از مراکز پژوهشی ژاپن با همکاری شرکت فوجیتسو ساخته شده است. این سوپر کامپیوتر در سال ۲۰۱۸ معرفی شد و از زیرساخت‌های ابری ارائه شده توسط فوجیتسو برای پشتیبانی از تحقیقات هوش مصنوعی و یادگیری ژرف استفاده می‌کند.

این سوپر کامپیوتر از سیستم‌عامل CentOS و معماری x86-64 استفاده می‌کند و دارای ۴۰۸۸۶ پردازنده اینتل زیتونیا ۲۰۰۰ می‌باشد. همچنین دارای ۳۲۰۰۰ GPU نیز است که در پردازش‌های یادگیری عمیق بسیار کارآمد هستند. این سوپرکامپیوتر با سرعتی بیش از ۱۰ پتافلاپ بر ثانیه، در فهرست Top500 سال ۲۰۲۱ جایگاه دوم را به خود اختصاص داده است.

ABCI به عنوان یکی از پرقدرت‌ترین سوپرکامپیوترهای دنیا، به پژوهشگران و محققان در زمینه هوش مصنوعی و یادگیری ژرف کمک فراوانی برای انجام پروژه‌های پیچیده و بزرگ می‌کند.

شماره 9 از 10 بهترین سوپر کامپیوتر دنیا: IBM Sequoia

IBM Sequoia یکی از قدرتمندترین سوپر کامپیوترهای دنیاست که در سال ۲۰۱۲ معرفی شد. این سوپر کامپیوتر به طور رسمی در لیست Top500 سال ۲۰۱۲ قرار گرفت و با میانگین سرعت ۱۷٫۱۷ پتافلوپس (PFlops) بر ثانیه، به عنوان پر قدرت‌ترین کامپیوتر دنیا تشخیص داده شد.

Sequoia از سیستم عامل لینوکس استفاده می‌کند و با استفاده از تکنولوژی BlueGene/Q طراحی شده است. این سوپر کامپیوتر دارای ۱۴۴۰۰۰۰ هسته است و توانایی پردازش داده‌های حجیم و پیچیده را دارد. استفاده از Sequoia در زمینه‌های مختلفی از جمله شبیه‌سازی‌های هسته‌ای و بیولوژیکی، محاسبات مواد، تحلیل‌های داده‌ای و غیره مفید است.

از جمله کاربردهای مهم این سوپر کامپیوتر می‌توان به شبیه‌سازی انفجارهای هسته‌ای، بررسی بیماری‌های مغزی، محاسبه تاثیر تغییرات آب و هوا بر محیط زیست، طراحی مواد جدید و محاسبه روش‌های جدید ترافیک در شهرهای بزرگ اشاره کرد.

شماره 10 از 10 بهترین سوپر کامپیوتر دنیا: Lassen

Lassen یکی از سوپرکامپیوترهای سری Sierra می‌باشد که در مرکز ملی محاسبات انرژی در آمریکا نصب شده است. این سوپر کامپیوتر به همراه Sierra برای شبیه‌سازی‌های هسته‌ای و امور دفاعی به کار می‌رود و مجموعاً بیش از 150 هزار پردازنده دارد. از جمله ویژگی‌های لاسن این است که از پردازنده‌های IBM POWER9 و معماری NVIDIA Volta GPU استفاده می‌کند و با دقت بالا می‌تواند برخی فرایندهای پیچیده‌ی محاسباتی را انجام دهد. همچنین، لاسن دارای حافظه‌ی دسترسی تصادفی 512 ترابایتی می‌باشد.

توضیح کوتاه در مورد لیست بهترین سوپر کامپیوترهای دنیا که در بالا ذکر شد

محتوای این مقاله براساس رفرنس های اشاره شده در بخش منابع در سال 2019-2020 ترجمه و تهیه شده اند و ممکن است در زمان مطالعه آن توسط شما همراه عزیز تجهیزات شبکه ، تغییراتی رخ داده باشد.