HPC یا High Performance Computing چیست؟

HPC ، High Performance Computing ، یا فناوری‌های رایانشی با پردازش فوق سریع به سیستم‌ها و محیط‌های رایانه‌ای گفته می‌شود که از پردازشگرهای فراوان (به عنوان بخشی از یک دستگاه) یا چند رایانه (به مثابه یک منبع رایانشی) که در یک کلاستر {خوشه} سازمان یافته‌اند استفاده می‌کنند. به بیان دیگر، سیستم HPC سروری است که بهای زیادی در بر دارد.

دلیل آنکه رایانه پردازش فوق سریع نام گرفته این است که در مقایسه با سرور ریزرایانه‌ها یا کامپیوترهای شخصی ارزان، از مزایای اجرایی و کاربردی بهتری برخوردار است. در این مقاله، شما اطلاعاتی درباره کاربردهای HPC خواهید آموخت. رایانه‌های پردازش فوق سریع همچنین به دسته‌های درجه پایین، متوسط، و بالا تقسیم می‌شوند، و بازار نوع متوسط به سرعت درحال گسترش است.

کاربرد HPC

از دیدگاه کاربرد و بازار، دو نمونه سیستم با قیمت متوسط و بالا وجود دارد. یکی از اینها سوپرکامپیوتر نام دارد و عمدتا برای محاسبات و طراحی‌های خاص علمی مهندسی به کار می‌رود، مثال: Cray T3E. دیگری سوپر سرور نامیده می‌شود و جهت پشتیبانی عملیات رایانشی، پردازش تراکنش، برنامه‌های کاربردی پایگاه داده، خدمات و کاربردهای شبکه استفاده می‌گردد؛ مثال: IBM’s SP.

از دیدگاه بازار، HPC صنعتی با تکنولوژی عالی، سود بالا و سهام در حال رشد در بازار است. کاربرد فراگیر رایانه‌های پردازش سریع در سازمان‌های دولتی، پژوهش‌های علمی و دیگر زمینه‌ها، نقش بی‌همتایی در ارتقای رقابت‌پذیری کشور در عرصه فناوری دارد. به علاوه، تجربه در ایالات متحده و اروپا ثابت کرده است که شرکت‌هایی که از رایانه‌های پردازش سریع استفاده می‌کنند می‌توانند قابلیت تولید خود را به طرز موثری افزایش دهند.

روند توسعه HPC، غالبا در زمینه‌های رایانش گرید {مشبک}،  توانمندسازی معماری، باز بودن و استانداردسازی، و تنوع بخشی به کاربردها نمود پیدا می‌کند. استراتژی گرید مهم‌ترین گرایش در HPC خواهد بود. کاربری اصلی رایانه پردازش سریع، host {میزبانی} در یک محیط رایانش تحت شبکه می‌باشد. در آینده، اکثر برنامه‌ها، برنامه‌های محیط شبکه خواهند بود. میلیاردها دستگاه کلاینت {سرویس گیرنده} وجود خواهد داشت. تمام داده‌ها و برنامه‌های مهم روی سرورهای پردازش سریع مستقر خواهند شد. مدل سرور/سرویس گیرنده وارد نسل دوم خود خواهد شد، یعنی فاز تراکم سرورها که یک روند توسعه‌ای می‌باشد.

گرید به یک موضوع داغ پژوهشی در پردازش فوق سریع تبدیل شده و یک فناوری نوظهور بسیار مهم به شمار می‌آید. مدل مورد استفاده محیط رایانش شبکه‌ای همچنان اینترنت/شبکه خواهد بود، اما بعد از 5 تا 10 سال، گرید اطلاعات به تدریج متداول و به روند اصلی تبدیل می‌گردد.

کشورهای فعال در زمینه HPC

ایالات متحده در زمینه رایانش گرید به طرز قابل توجهی از بقیه کشورها جلوتر است. گفته می‌شود که حمایت و تامین امروز آنها از پژوهش‌های رایانش گرید مشابه حمایتی است که در دهه 1970 از پژوهش‌های اینترنت می‌شده، همچنین انتظار آن می‌رود که طی 10 سال در تمامی حیطه‌های اقتصاد ملی و توسعه اجتماعی نیز گسترش یابد.

معماری HPC

تفاوت اصلی میان گرید و اینترنت/شبکه یکپارچگی است. گرید تمامی رایانه‌ها، داده‌ها، تجهیزات باارزش، کاربران، نرم‌افزارها و اطلاعاتی که در سراسر کشور توزیع شده را در یک کلیت منطقی سامان‌دهی می‌کند. صنایع می‌توانند برنامه‌های کاربردی گرید خود را بر این پایه اجرا کنند. ایالات متحده در تلاش برای توسعه گرید در سراسر جهان برنامه‌ای به نام STAR-TAP را آغاز نموده است.

از نظر معماری، یک روند حائز اهمیت آن است که سوپرسرورها دارند جای سوپرکامپیوترها را به عنوان فناوری‌های معماری متداول برای رایانش پردازش سریع می‌گیرند. محصولات ارزان در بازار رایانش پردازش سریع،SMP  (چندپردازشی متقارن) و نوع متوسطSMP  و CC-NUMA (دسترسی غیر یکنواخت به حافظه – کش منسجم) و کلاسترها خواهند بود. محصولات گران‌بها نیز از نود کلاسترهای SMP و CC-NUMA بهره خواهند گرفت.

علاوه براین‌ها، معماری جدیدی به نام چندریسمانی – multithreading در سوپرکامپیوترها استفاده خواهد شد. نمونه آن سیستم MTA متعلق به Tera می‌باشد. یک MTA 8-CPU با موفقیت در مرکز ابررایانه سن دیگو راه‌اندازی شده است. شایان ذکر است که سیستم‌های پربهایی که توسط تمامی کارخانجات برنامه‌ریزی شده کلاسترها هستند و بعضی نیز شروع به بررسی ساختار C-NUMA نموده‌اند.

در زمینه اختراع و نوآوری، کمپانی Shell Petroleum پیشنهادات مبتکرانه کارمندانش را از طریق اینترنت جهانی و سرورهای پردازش سریع جمع‌آوری کرده و بطور مرکزی پردازش می‌کند. یک فناوری جدید برای کشف سفره‌های نفت زیرزمینی به‌وسیله لیزر تولید شد که 300 بشکه نفت خام برای شرکت به ارمغان آورد.

در زمینه طراحی، Holiwell  و  General Electric از شبکه‌ای برای اتصال سرورها و تجهیزات ارزشمند در مراکز طراحی سراسر دنیا استفاده می‌کنند تا مهندسین و مشتریان بتوانند بایکدیگر محصولاتی را طراحی کنند و زمان طراحی تا 100 برابر کاهش یابد. برای بسیاری از شرکت‌های بزرگ، مخارج خرید بخش مهمی از هزینه‌های کلی می‌باشند.

فورد با رایانه‌های پردازش سریع یک بازار آنلاین ایجاد کرد و بیش از 30000 فروشنده را از طریق اینترنت به هم متصل نمود. این روش خرید آنلاین نه تنها هزینه‌ها و مخارج خرید را کاهش می‌دهد، بلکه زمان خرید را نیز کم می‌کند. فورد برآورد کرده است که با چنین کاری حدود 8 میلیارد دلار در مخارج خرید صرفه‌جویی می‌شود. همچنین، تولید، تدارکات، پژوهش‌های بازار، و مواردی دیگر، از جمله زمینه‌هایی هستند که رایانش پردازش سریع نقش بسیار موثری در آن ایفا می‌کند.

ارزشی که HPC برای کسب‌وکارها می‌آفریند خارق‌العاده است. می‌توانیم مشتاقانه منتظر آن باشیم که در آینده HPC در حیطه‌های بیشتری استفاده شود.