قدرتمندترین ابر کامپیوترهای جهان: یک میلیارد میلیارد محاسبه در ثانیه!

همه ما به دیدن رایانه های فوق قدرتمند در فیلم‌های علمی تخیلی عادت کرده‌ایم؛ رایانه هایی که تنها در عرض چند ثانیه قادر به پردازش حجم عظیمی از داده‌ها هستند و به قدری پیشرفته‌اند که رایانه های شخصی مدرن امروزی در کنار آن‌ها مانند یک اسباب بازی به نظر می‌رسند!

اما شاید ندانید که در دنیای واقعی هم ابر رایانه‌ هایی وجود دارند که تقریباً به همان اندازه قدرتمند هستند و مرزهای بین واقعیت و تخیل را بسیار کم رنگ کرده‌اند. در ادامه این مقاله قصد داریم تا شما را با تعدادی از این رایانه های فوق قدرتمند آشنا کرده و تعبیر فیلم‌های علمی تخیلی را در دنیای واقعی بازگو کنیم! پس با ما همراه باشید.

ابر کامپیوترها چگونه رتبه‌بندی می‌شوند؟

قبل از اینکه به موضوع اصلی مقاله و معرفی قدرتمندترین ابر رایانه‌ های دنیا بپردازیم، ابتدا بد نیست چند کلمه‌ای در مورد نحوه رتبه‌بندی این دستگاه‌ها توضیح دهیم.

یک ابر رایانه دقیقاً عملکردی شبیه به رایانه معمولی دارد و همان عملیات مربوط به ذخیره و پردازش داده ها را انجام می‌دهد، اما با این تفاوت که در مورد این دستگاه‌ها همه چیز در مقیاسی بسیار بزرگ انجام می‌شود که حتی تصور کردن آن هم سخت است! در داخل یک ابر رایانه چندین خوشه از واحدهای پردازشی وجود دارد که باعث می‌شوند عملیات پردازشی میلیون‌ها برابر سریع‌تر از یک لپ تاپ یا رایانه رومیزی معمولی انجام شود.

رایانه‌های قدیمی معمولاً بر مبنای واحدی به نام IPS (تعداد دستورالعمل در ثانیه) اندازه‌گیری و با یکدیگر مقایسه می‌شدند اما در مورد ابر کامپیوترها از واحد بزرگ‌تری به نام فلاپس (FLOPS) استفاده می‌شود که مخفف عبارت “عملیات ممیز شناور در ثانیه” است. در ادامه این مقاله نیز ما ابر رایانه ها را از قدرتمند به ضعیف مرتب کرده‌ایم که معیار سنجش نیز همان فلاپس می‌باشد.

قدرتمندترین ابر کامپیوتر جهان

1- فرانتیر (Frontier) کشور: آمریکا

فرانتیر در سال 2022 توسط شرکت فناوری اطلاعات چند ملیتی آمریکایی Hewlett Packard Enterprise و با همکاری یکی از شرکت‌های تابعه آن با نام Cray ساخته شد. این اولین ابر رایانه در مقیاس اگزا در جهان است. به این معنی که می‌تواند در هر ثانیه حداقل یک کوئینتیلیون (10 به توان 18) محاسبه انجام دهد!

فرانتیر در مجموع 8730112 هسته دارد و در تست بنچمارک Linpack توانسته امتیاز 1.1 اگزافلاپس (EFLOPS) را کسب کند. این غول پردازشی دنیا بر اساس آخرین معماری HPE Cray EX235a ساخته شده و ترکیبی از نسل سوم پردازنده‌های 64 هسته‌ای AMD 7A53s با فرکانس کاری 2 گیگاهرتز و پردازنده‌های گرافیکی MI250X است.

ابر رایانه فرانتیر همچنین با بهره‌وری انرژی 52.23 گیگافلاپ در وات، کارآمدترین ابر رایانه جهان محسوب می‌شود. هر یک از 74 کابینت محاسباتی آن حدود 3.63 تن وزن دارند و برای ساخت کل سیستم در مجموع 600 میلیون دلار هزینه شده است.

2- فوگاکو (Fugaku) کشور: ژاپن

فوگاکو در سال 2020 توسط غول فناوری اطلاعات ژاپن یعنی شرکت فوجیتسو به عنوان جانشین رایانه قدیمی K این شرکت که در سال 2011 ساخته شده بود، تولید شد. این رایانه برای حل بزرگترین مشکلات جهان، به ویژه کاهش سرعت تغییرات آب و هوا، طراحی شده است.

قبل از اینکه فرانتیر راه‌اندازی شود، فوگاکو سریع‌ترین ابر رایانه جهان بود. این کامپیوتر فوق قدرتمند در مجموع 7630848 هسته دارد و امتیاز چشمگیر 442 پتافلاپس (PFLOPS) را به دست آورده که به معنی توانایی انجام 442 کوادریلیون محاسبه در ثانیه است.

این ابر رایانه بر مبنای پردازنده 48 هسته‌ای A64FX فوجیتسو با فرکانس 2.2 گیگاهرتز طراحی شده و دارای راندمان انرژی 14.78 گیگافلاپ در وات است که آن را با استانداردهای امروزی کاملاً ناکارآمد می‌کند. ساخت این سیستم بیش از 1 میلیارد دلار هزینه داشته و وزن هر یک از کابینت‌های آن 1.6 تن است که در مجموع باعث شده وزن ابر رایانه به حدود 700 تن برسد.

3- لومی (LUMI) کشور: فنلاند

LUMI که مخفف عبارت Large Unified Modern Infrastructure به معنی “زیرساخت یکپارچه مدرن بزرگ” است، در سال 2022 توسط HPE ساخته شد و در فنلاند قرار دارد. این ابر رایانه که سریع‌ترین مدل در اروپا محسوب می‌شود، در مجموع دارای 1110144 هسته و سرعت 151.9 پتافلاپس است.

لومی از همان پردازنده فرانتیر استفاده می‌کند و دارای رتبه بهره‌وری انرژی 51.63 گیگافلاپ در وات است که آن را به دومین ابر کامپیوتر کارآمد در جهان تبدیل می‌کند.

4- سامیت (Summit) کشور: آمریکا

سامیت در سال 2018 توسط IBM برای انجام تحقیقات علمی ساخته شد. این ابر رایانه در آزمایشگاه ملی Oak Ridge در ایالات متحده واقع شده است، یعنی همان مکانی که فرانتیر در آن قرار دارد. سامیت در مجموع دارای 2414592 هسته بوده و امتیاز 148.6 پتافلاپس را در تست‌های بنچمارک به دست آورده است.

ابرکامپیوتر سامیت از پردازنده‌های 22 هسته‌ای POWER9 IBM با فرکانس 3.07 گیگاهرتز و پردازنده‌های گرافیکی Nvidia Tesla V100 استفاده می‌کند و دارای رتبه بهره‌وری انرژی 14.72 گیگافلاپ در وات است که باعث می‌شود از این حیث هم رده فوگاکو باشد.

5- سیرا (Sierra) کشور: آمریکا

سیرا در سال 2018 ساخته شده و بسیار شبیه به سامیت است. چرا که هر دو ابر رایانه از پردازنده 22 هسته‌ای با معماری IBM POWER9 و پردازنده‌های گرافیکی Nvidia Tesla V100 استفاده می‌کنند. با این حال، در حالی که سامیت برای انجام تحقیقات علمی ساخته شده، سیرا با هدف اجرای شبیه‌سازی‌های لازم جهت تست و نگهداری تسلیحات هسته‌ای ایالات متحده تولید گردیده است.

به کمک این ابر رایانه قدرتمند و با اجرای شبیه‌سازی سلاح‌های هسته‌ای، اداره ملی امنیت هسته‌ای ایالات متحده (NNSA) می‌تواند کارایی سلاح‌های هسته‌ای خود را بدون اینکه نیاز به انجام آزمایش فیزیکی باشد، بررسی کند و به این نحو در هزینه‌ها نیز صرفه‌جویی نماید. سیرا در مجموع دارای 1572480 هسته بوده، امتیاز 94.64 پتافلاپس را به دست آورده و بازده انرژی 12.72 گیگافلاپ در وات دارد.

6- سانوی تایهولایت (Sunway TaihuLight) کشور: چین

کشور چین یکی از قطب‌های اقتصادی جهان و از برترین کشورها در حوزه فناوری است. بنابراین، اصلاً جای تعجبی ندارد که نام این کشور را در لیست دارندگان قدرتمندترین ابر رایانه‌های جهان مشاهده کنیم. سانوی تایهولایت که در رتبه ششم لیست ما قرار گرفته، در سال 2016 و برای اهداف مختلفی مانند پیش‌بینی آب و هوا، تحقیقات دارویی، تحقیقات علوم زیستی و غیره ساخته شد.

این ابر رایانه چینی در مجموع دارای 10649600 هسته پردازشی بوده و توانسته امتیاز 93.01 پتافلاپس را در تست بنچمارک کسب کند. این سیستم قدرتمند بر مبنای پردازنده 260 هسته‌ای Sunway SW26010 با فرکانس 1.45 گیگاهرتز ساخته شده و دارای رتبه بازده انرژی 6.05 گیگافلاپ در وات است که آن را به ناکارآمدترین ابر رایانه در لیست حاضر تبدیل می‌کند.

7- پرلموتر (Perlmutter) کشور: آمریکا

پرلموتر که در سال 2021 توسط HPE ساخته شد (همان شرکت سازنده فرانتیر)، هفتمین ابر کامپیوتر قدرتمند جهان است که به نام برنده جایزه نوبل، سال پرلموتر (Saul Perlmutter) نامگذاری شده است. درست مانند سانوی تایهولایت، این ابر رایانه نیز چند منظوره بوده و برای اهداف مختلفی از جمله شبیه‌سازی همجوشی هسته‌ای، پیش‌بینی آب و هوا، تحقیقات مواد و بیولوژیک، و کیهان شناسی محاسباتی ساخته شده است.

پرلموتر در حال حاضر در مرکز محاسبات علمی تحقیقات انرژی ملی آمریکا (NERSC) قرار دارد و توسط وزارت انرژی این کشور استفاده می‌شود. این ابر رایانه قدرتمند از پردازنده‌های 64 هسته‌ای AMD 7763 با فرکانس 2.45 گیگاهرتز و پردازنده‌های گرافیکی Nvidia A100 استفاده می‌کند و در مجموع دارای 761856 هسته و سرعت 70.87 پتافلاپس است. در زمینه بهره‌وری انرژی نیز شرایط پرلموتر خوب است و توانسته رتبه‌بندی 27.37 گیگافلاپ در وات را به دست آورد.

8- سلن (Selene) کشور: آمریکا

سلن در سال 2020 توسط انویدیا ساخته شد و به نام الهه یونانی ماه نامگذاری شده است. برجسته‌ترین هدف این ابر رایانه در سال 2020 محقق شد، زمانی که آزمایشگاه ملی تحقیقاتی مستقر در ایلینوی به نام آزمایشگاه ملی آرگون، از آن برای مطالعه ویروس کرونا و یافت یک درمان بالقوه استفاده کرد. سلن همچنین برای آموزش مدل پردازش زبان طبیعی BERT گوگل استفاده می‌شود.

سلن در مجموع 555520 هسته دارد و امتیاز 63.46 پتافلاپس را در بنچمارک‌ها به دست آورده است. این ابر رایانه بر اساس معماری NVIDIA DGX SuperPOD ساخته شده و از پردازنده‌های 64 هسته‌‌ای AMD 7742 با فرکانس کاری 2.25 گیگاهرتز استفاده می‌کند. راندمان انرژی سلن 24 گیگافلاپ در وات است.

ابر کامپیوترها دیگر علمی تخیلی نیستند!

دیدن اینکه ابر رایانه‌ها تا چه حد می‌توانند قدرتمند باشند واقعاً شگفت انگیز است. این غول‌های بی‌شاخ و دم می‌توانند تنها در عرض چند ثانیه کاری را که چندین سال برای انسان طول می‌کشد و حتی رایانه‌های شخصی معمولی هم برای انجام دادنش باید هفته‌ها کار کنند، انجام دهند. پیشرفت ابر رایانه‌ها همچنان ادامه دارد و مطمئناً زمان زیادی طول نخواهد کشید تا فرانتیر هم با یک ابر رایانه دیگر که سریع‌تر و کارآمدتر است، جایگزین شود.

درست است که لپ‌تاپ‌ها، رایانه‌های شخصی و کنسول‌های بازی مدرن را هم می‌توان به عنوان ابررایانه طبقه‌بندی کرد، اما این دستگاه‌ها اصلاً با مدل‌هایی که در این لیست معرفی کردیم، قابل مقایسه نیستند. خوشبختانه، پیشرفت فناوری همواره باعث کوچک‌تر شدن ابزارها می‌شود و احتمالاً روزی فرا خواهد رسید که ابر رایانه‌های قدرتمند امروزی در نهایت به ابزارهایی شخصی و روزمره تبدیل شوند! اتفاقی که برای رایانه‌های معمولی نیز رخ داد و آن‌ها را از دستگاه‌هایی به اندازه یک اتاق به یک گوشی هوشمند کوچک تبدیل کرد که به راحتی داخل جیب جا می‌شود!