تعریف سوپر کامپیوتر:

لازم است در ابتدا به تعریف کن باچر(ken batcher) از سوپر کامپیوترها توجه کنیم:

"ابر رایانه وسیله ای برای تبدیل مسائل محاسبه ای به مسائل ورودی و خروجی است."

واژه ابر رایانه یا سوپر کامپیوتر اصولا به کامپیوترهایی اطلاق میشود که از نظر ظرفیت پردازش و به خصوص سرعت محاسبه از دیگر ماشینها قویتر باشند.

 

The Columbia Supercomputer at NASA's Advanced Supercomputing Facility at Ames Research Center

The Columbia Supercomputer at NASA's Advanced Supercomputing Facility at Ames Research Center

 

کلمه سوپر کامپیوتر برای اولین بار توسط روزنامه new york work در سال1929 برای ماشین بزرگی که توسط شرکت IBM برای دانشگاه کلمبیا ساخته شده بود بکار گرفته شد.

 سوپر کامپیوترها در سال 1960 توسط سیمون کری(seymoun cray) در موسسه اطلاعات کنترل (CDC)(CONTROL DATA CORPORATION) پا به عرصه ظهور نهاد.

کری تا دهه1970 یعنی زمانی که برای تاسیس شرکت خودش (پژوهشکده کری) آنجا را ترک کرد با این شرکت همکاری می کرد.کری بعدها با طرح های جدید خود بازار رایانه را در دست گرفت به طوری که اینیکه تازی تا 25 سال بدون رقیب مانده بود(1965-1990)

 لازم به ذکر است که بعضی NORS را اولین سوپر کامپیوتر جهان معرفی می کنند اما بعضی دیگر کامپیوترهای تولید شده قبل از آن نظیرABC یا کلوسوس را اولین می دانند که در این زمینه بیشتر توضیح داده خواهد شد.

 

تاریخچه ساخت :

همانگونه که از کولاسوس (Colossus)، اولین رایانه ی الکترونیکی برنامه دار رقمی دنیا، که طی جنگ جهانی دوم رمز های آلمانی ها را می شکست- پیدا است. ماشین های اولیه ی سی دی سی (CDC) صرفاً پردازنده های منفرد پر سرعتی بودند که تا ده برابر سریع تر از سریع ترین ماشین هایی که توسط دیگر شرکت ها معرفی شده بودند کار می کردند

 در دهه ی ۱۹۷۰ بیشتر ابر رایانه ها برای استفاده از پردازنده ی برداری طراحی می شدند و بسیاری از بازیگر های تازه کار برای ورود به بازار پردازنده هایی از این نوع را با قیمت ارزان تر عرضه می کردند. در دهه های ۱۹۸۰و ۱۹۹۰ پردازنده های برداری جای خود را به سیستم های پردازش موازی فشرده با هزاران سی پی یو (CPU) ساده ای داد که برخی از آنها واحد های غیر مرسوم و برخی طرح های متداول و سنتی بودند. امروزه طرح های موازی بر پایه ی ریز پردازنده های RISC " غیر مرسوم" مانند PowerPC یا PA_RISC قرار دارند.

 در دهه ی ۱۹۸۰به موازات تولید یک دهه قبل تر کامپیوتر کوچک ها شمار زیادی از رقیبان کوچکتر وارد بازار شدند اما بسیاری از آنها در" رکود بازار ابر رایانه ها" ی اواسط دهه ی ۱۹۹۰ ناپدید شدند. امروزه ابر رایانه ها طرح های یک بار تولید شونده هستند که توسط شرکت های "سنتی" مانند IBM وHP طراحی می شوند. این شرکت ها بسیاری از شرکت های دهه ی ۱۹۸۰ را برای استفاده از تجاربشان خریداری کردند، هر چند در طراحی ابر رایانه ها موسسه ی کری متخصص تر است .

  

نرم افزار های ابر کامپیوتر:

ابزارهای نرم افزاری برای ایجاد پردازش توزیعی شاملAPIهای استانداردی همانندMPT,PVM و نرم افزارهایOPENSOWCE همچنین   OPEN MOSIX, WARE WULF,BEOWULF   که این قابلیت را فراهم می کنند که بتوان یک سوپر کامپیوتر را از مجموعه ای از ایستگاههای کاری یا سرورهای ساخت.

  

کاربرد های ابر رایانه :

ابر رایانه ها برای کارهای محاسبات زیاد و دقیق نیازمند است بکار میروند از جمله فیزیک مکانیک کوانتومی و پیش بینی وضع هوا و تحقیقات آب و هوایی همانند گرو شدن زمین و مدل سازی مولکولی و محاسبه ی ساختارها و خصوصیات ترکیبات شیمیایی, درشت مولکولی(ماکرو مولکولها)تحلیل کارکرد پروتئین ها و زنهای بدن, سیارها و بلورها و همچنین برای شبیه سازی های فیزیکی مانند شبیه سازی هواپیما در تونل باد, شبیه سازی انفجار بمبهای اتمی و تحقیقات در مورد جوش هسته ای و...

  

طراحی ابر رایانه :

ابر رایانه ها به دلیل به کار گیری طرح های ابتکاری و جدید با سرعتی بیشتر از رایانه های متداول کار می کنند. این طرح ها آن ها را قادر می سازد بسیاری کارها را با وجود نیاز به برسی فنی جزییات بغرنج به صورت موازی انجام دهند.ان ها بیشتر برای انجام گونه های خاصی از محاسبات تخصص دارند و در برابر بیشتر کارهای محاسباتی عادی عملکرد ضعیفی از خود نشان می دهند. سازمان دهی حافظه این رایانه ها به دقت تنظیم شده است تا در تمام زمان ها پردازنده با داده ها و دستور العمل ها تغذیه شود. در واقع, بیشتر تفاوت پیاده سازی بین رایانه های کند تر و ابر رایانه ها به خاطر طرح سازمان دهی حافظه و ترکیب بندی اجزا است .

قانون Amdahl برای تمام سیستم های موازی صادق است. ابر رایانه ها تلاش زیادی را برای حذف توالی نرم افزاری اعمال کرده و برای شتاب دادن به تنگنا های (bottlenecks) باقی مانده از سخت افزار بهره می گیرند.

 

چالش های ابر رایانه و فن آوری ها :

- یک ابر رایانه تولید گرما می کند و باید خنک شود. خنک سازی بیشتر ابر رایانه ها یک مشکل HVACبزرگ است .

- اطلاعات نمی تواند با سرعتی بیشر از سرعت نور بین دو جز یک ابر رایانه جا به جا شود. به همین دلیل، ابر رایانه هایی که چندین متر طول دارند باید دارای زمان پاسخگویی دست کم یک دهم نانو ثانیه باشد. به این خاطر در طرح ابر رایانه ی کری ساخت سیمور کری از کابل های کوتاه ا ستفاده شده بود.

- ابر رایانه ها مقادیر زیادی داده را در مدت زمان کوتاهی مصرف و تولید می کنند. برای اطمینان از این که اطلاعات به سرعت منتقل و به درستی ذخیره و باز یابی می شود به کاری بیشتر نیاز است .

 

 تکنولوژیهای نوین فن آوری هایی برای ابر رایانه ها:

 

- فن آوری هایی که برای ابر رایانه ها شکل گرفته اند عبارتند از:

- پردازش برداری

- خنک سازی به کمک مایع

- دسترسی به حافظه نا یکنواختNon-Uniform Memory Access (NUMA)

- لوح های شیاری که اولین نمونه ی ان بعد ها RAID نام گرفت

- سیستم فایل موازی

  

تکنیک های پردازش در ابر رایانه :

تکنیکهای پردازش برداری اولین بار برای سوپر کامپیوترها توسعه یافت و بعدها در برنامه های کابردی با کارایی بالا ار آنها استفاده شد.

تکنیکهای پردازش برداری در معماری DSP و دستورهای پردازشSIMD برای کامپیوترهای همه منظوره تحلیل یافته است.

در کنسول های بازی های ویدئویی مدرن به صورت گسترده ای از SIMD استفاده می شود و این مورد بعضا پایه نیاز برای سازندگانی است که خواسته اند از ماشینهای بازی آنها سوپر کامپیوتر باشد.

در تحقیق قدرت محاسبه در بعضی از کارت های گرافیکی به چندین ترا فلاپ می رسد.

 

سیتم عامل در ابر رایانه ها :

 

 

 

" سوپر کامپیوتر ها بصورت بارزی از سیستم عامل یونیکس و لینوکس استفاده میکنند و تا سال 2004 لینوکس متداولترین آنها بوده است " 

 

سیستم عامل آنها، که اغلب نسخه ای از لینوکس است، با سیستم عامل های دیگر ماشین های کوچکتر تفاوت خیلی زیادی ندارند. به هر حال از آنجا که توسعه دهندگان سیستم های عامل منابع برنامه نویسی را محدود کرده اند رابط کاربری ان ها ضعیف تر است. و از این واقعیت منتج می شود که وقتی این رایانه ها که اغلب قیمتی برابر با صد ها هزار دلار دارند به بازار های خیلی کوچک فروخته می شوند بودجه یR&D آنها اغلب محدود می شود. به طرز جذابی این روندی مداوم در صنعت رایانه بوده است.

 

برنامه نویسی  ابرکامپیوترها:

معماری موازی ابر رایانه ها اغلب استفاده از تکنیک های برنامه نویسی خاصی را برای به کار گیری سرعت شان تحمیل می کند .کمپایلر های فرترن تک منظوره سریعتر از کمپایلر های زبان برنامه نویسیC و زبان برنامه نویسی , , C کد تولید می کنند بنا بر این فرترن زبان انتخابی برنامه نویسی علمی و بنابر این زبان بیشتر برنامه هایی که در ابر رایانه ها پیاده می شود است. برای بهره گیری از موازی بودن ابر رایانه ها، در خوشه های با اتصال شل از PVM و MPI ودر ماشین های با حافظه مشترک و هماهنگ ازOpenMP استفاده می شود .

 (ادامه دارد ...)

 

 

منابع:

IBM.com

en.wikipedia.org

top500.org

ecmwf.int

cio.com.au

research.ibm.com

domino.watson.ibm.com

computation.llnl.gov

 

تحقیق و ترجمه : شیدا شیدایی فر 

نظرات0
برای ارسال دیدگاه وارد حساب کاربری خود شوید.

ورود به حساب کاربریایجاد حساب کاربری
درباره وبلاگ
درصورت تمایل، لطفآ فقط با ذکر منبع از مطالب استفاده کنید.
آرشیو مطالب