تشير الدراسات إلى أن قوة الحوسبة لأجهزة الكمبيوتر المكتبية، في المتوسط، تتخلف عن أداء أجهزة الكمبيوتر العملاقة بمقدار 13 عامًا. بمعنى آخر، من حيث الأداء، فإن أجهزة الكمبيوتر الشخصية الاحترافية اليوم تتطابق تقريبًا مع أجهزة الكمبيوتر العملاقة التي كانت موجودة قبل 13 عامًا. ولهذا السبب يعد البحث في سوق الحوسبة عالية الأداء طريقة جيدة لتقييم اتجاه تطور الحوسبة الجماعية في المستقبل. منذ وقت ليس ببعيد، تجاوزت أجهزة الكمبيوتر العملاقة مستوى أداء واحد تيرافلوب (تريليون عملية فاصلة عائمة في الثانية)، وهي ليست بعيدة عن تحقيق مستوى أداء بيتافلوب (كوادريليون فلوب، أو 1015 عملية فاصلة عائمة في الثانية). بينما ستبقى حوسبة تيرا مع مستخدم الكمبيوتر العادي...

حاول الأستاذ والكاتب الأمريكي ستيف تشين تخيل مستوى الإنتاجية الذي سيكون كافيًا لحل المشكلات المختلفة في المستقبل. في رأيه، بالنسبة لمسائل الديناميكا الهوائية، سيكون أداء عدة بيتافلوب كافيًا، ولمشاكل الديناميكا الجزيئية سيكون هناك حاجة إلى 20 بيتافلوب، ولعلم الكونيات الحسابي - أداء رائع قدره 10 إكسافلوب (إكسافلوب واحد يساوي كوينتيليون، أو 1018 فلوب)، و ولمشاكل الكيمياء الحسابية، ستكون هناك حاجة إلى معالجات أكثر قوة. ستكون أجهزة الكمبيوتر ذات أداء سيكستيليون، أو 1021 عملية نقطة عائمة في الثانية، متاحة بحلول عام 2029، وفقًا لستيف باولوفسكي، كبير مهندسي الأبحاث في إنتل وكبير مسؤولي التكنولوجيا والمدير العام للهندسة المعمارية والتخطيط لمجموعة المؤسسات الرقمية في إنتل.

يعتقد ستيف باولوفسكي أن التحديات والتطورات التي تشهدها أجهزة الكمبيوتر العملاقة اليوم ستكون هي التحديات والتطورات التي ستحدث في أجهزة الكمبيوتر المكتبية المستقبلية. ينمو سوق الحوسبة عالية الأداء - وقد وصل حجمه بالفعل إلى 10 مليارات دولار، وفي بعض القطاعات يتجاوز نمو المبيعات السنوية 30٪؛ ويتزايد أيضًا عدد أجهزة الكمبيوتر الاحترافية عالية الأداء المعتمدة على معالجات Intel والمباعة في جميع أنحاء العالم.

قبل 60 عامًا فقط، كان الكمبيوتر الأنبوبي ENIAC، الذي يُعتبر القمة التكنولوجية للحوسبة عالية الأداء، يحتوي على 20 خلية ذاكرة وصول عشوائي (RAM) فقط. في منتصف الستينيات، ظهر الكمبيوتر العملاق CDC 6600، الذي وصل أداءه إلى 9 ميغافلوب. فقط في عام 1997، وصل الكمبيوتر العملاق ASCII Red، الذي يحتوي على 9298 معالج Intel Pentium Pro، إلى مستوى أداء يساوي تيرافلوب. واليوم، يوفر النظام المزود بـ 464 معالج Intel Xeon 5300 رباعي النواة ستة أضعاف الأداء الأقصى في مساحة أصغر بكثير.

متى سيتم تحقيق أداء البيتافلوب (أي آلاف التيرافلوب)، أو كما يقول ستيف باولوفسكي مجازياً، هل سيتم كسر "حاجز الصوت" لأداء بيتا؟ ومتى ستصبح حوسبة بيتا الأساس لأنظمة الكمبيوتر العادية؟

تشير التقديرات إلى أن أول حواسيب بيتا العملاقة ستظهر في وقت مبكر من عام 2008-2009 - لتحديد هذا الإطار الزمني، ما عليك سوى أخذ معايير الأداء لأسرع أجهزة الكمبيوتر في العالم، المنشورة على موقع الويب www.top500.org، واستقراءها وفقًا لـ اتجاهات النمو الملحوظة. ومع ذلك، من أجل إنشاء أجهزة كمبيوتر للحيوانات الأليفة للسوق الشامل، يجب حل العديد من المشكلات الخطيرة. ولتحقيق هذه الغاية، تقوم شركة Intel، بالتعاون مع شركائها، بإجراء أبحاث في المجالات التالية:

• أداء؛
• عرض النطاق الترددي للذاكرة
• الترابط؛
• إدارة الطاقة؛
• مصداقية.

وفقًا لستيف باولوفسكي، لتحقيق مستوى حوسبة بيتا باستخدام التقنيات الحديثة لزيادة أداء رقائق أشباه الموصلات، سيكون من الضروري إنشاء معالج يحتوي على 100 ألف نواة حاسوبية. للتنفيذ العملي لهذه الأنظمة، سيكون من الضروري زيادة كثافة النوى على الشريحة بشكل كبير. اليوم، هناك جدل حاد حول بنية أجهزة الكمبيوتر المستقبلية - أيهما أفضل: العديد من النوى الصغيرة المُحسَّنة لتسريع الحوسبة المتوازية، أم عدد قليل من النوى الأكبر حجمًا المصممة لتسريع الحوسبة المتسلسلة؟ ويميل الباحثون نحو المسار الأول للتطوير، ويدركون أنهم يضعون لأنفسهم مهمة كثيفة العمالة تتمثل في نقل صناعة البرمجيات إلى البرمجة الموازية...

مجال آخر من مجالات أبحاث إنتل هو تنظيم الاتصالات بين مراكز الحوسبة. تشغل اتصالات الناقلات المشتركة مساحة أقل، وتتمتع بإنتاجية عالية، وقابلة للقياس بشكل جيد، ولكنها غير فعالة في استخدام الطاقة. الخيار الثاني هو الاتصال الحلقي للنوى لنقل الإشارة، والذي يتمثل عيبه في انخفاض مستوى قابلية التوسع مع زيادة عدد النوى. الخيار الثالث هو بنية المصفوفة، حيث يتواصل كل نواة مع بعضها البعض من خلال سلسلة من النوى المجاورة.

تجدر الإشارة إلى أنه في منتدى مطوري Intel (IDF) في الخريف في سان فرانسيسكو، تم تقديم معالج نموذجي يحتوي على 80 مركزًا، والذي من المحتمل أن يوفر أداء على مستوى تيرافلوب لأجهزة الكمبيوتر المكتبية. وفقًا لجوستين راتنر، كبير مسؤولي التكنولوجيا في شركة إنتل، فإن التاريخ المقدر لإصدار مثل هذا المعالج في السوق هو عام 2010 أو حتى قبل ذلك. يعتمد المعالج النموذجي على بنية x86 وتطورات Intel مثل نظام حوسبة عالي الأداء على شريحة (HPC-on-chip)، وبنية جديدة لتوصيل عناصر الذاكرة، وتقنيات جديدة لتوفير الطاقة، وما إلى ذلك.

في عام 2006، أعلنت إنتل عن برنامج بحث عالمي يسمى Tera-Scale Computing، والذي يجمع أكثر من 80 مشروعًا بحثيًا مختلفًا حول العالم، موزعة في ثلاثة مجالات رئيسية: تحسين تصميم السيليكون وتقنيات التصنيع، وتحسين المنصات، وأساليب جديدة للبرمجة. وفي خطابه أمام جيش الدفاع الإسرائيلي، أشار جوستين راتنر إلى أنه سيتم اتخاذ الخطوات اللازمة نحو عصر تيرا خلال العقد المقبل. على سبيل المثال، تهدف الأبحاث الحديثة إلى تحسين تشغيل ذاكرة التخزين المؤقت، وجعلها قابلة للتكوين اعتمادًا على المهام التي يتم حلها، وتطوير التوازي للوصول إلى نوى متعددة إلى الذاكرة المشتركة. وتخطط إنتل أيضًا لدمج جهاز إرسال واستقبال لاسلكي رقمي واسع النطاق للتوصيل والتشغيل في شرائحها، مع تطبيقات تعتمد على مبادئ الضوئيات السيليكونية المتكاملة في الأفق.

يؤكد باولوفسكي: "تعد معدلات نقل البيانات العالية بين مراكز المعالجة والذاكرة مشكلة مهمة". - يجب أن تتمتع الذاكرة بنطاق ترددي عالي للغاية. وفي الوقت نفسه، إذا قمنا بزيادة تردد الساعة لقناة الذاكرة، فسنواجه قريبًا القيود المادية التي تفرضها الموصلات النحاسية. إحدى الطرق الممكنة للتغلب على هذه القيود هي زيادة عدد قنوات الذاكرة، ولكن هذا يزيد من حجم المعالج وتكلفته. يقول باولوفسكي: "سيتعين علينا أن نبحث عن تقنيات أكثر غرابة لنقل البيانات". "وفقًا لحساباتنا، ستتطلب معالجات بيتا ذاكرة ذات نطاق ترددي يبلغ حوالي 500 جيجابايت/ثانية."

الجانب التالي الأكثر أهمية في أجهزة كمبيوتر الحيوانات الأليفة هو سرعة نظام الإدخال / الإخراج. يعمل علماء إنتل الآن على تحقيق معدلات نقل بيانات تصل إلى مئات الجيجابايت في الثانية (GB/s).

ومع ذلك، فإن أكبر التحديات التي تواجه إنشاء أجهزة بيتا هي إمدادات الطاقة والموثوقية. يبلغ متوسط ​​استهلاك الطاقة لمركز معالجة البيانات الكبير الحديث (DPC) 9-10 ميجاوات. يمكن أن تصل الطاقة التي يستهلكها جهاز كمبيوتر يحتوي على 100 ألف مركز إلى حوالي 20 ميجاوات. ويجب أن تضاف إلى ذلك الطاقة اللازمة لتبريد أجهزة كمبيوتر بيتا. وبتكاليف الكهرباء الحالية، فإن تكلفة تشغيل نظام بيتا وحده ستتجاوز 14.6 مليون دولار سنويا. ولهذا السبب تعتبر مسألة الاستخدام الفعال للكهرباء في غاية الأهمية، الأمر الذي يفرض استخدام تقنيات توفير الطاقة على جميع المستويات - من الترانزستورات إلى مراكز البيانات:

• على مستوى الترانزستور - تقنيات السيليكون المجهد، وتقنيات تقليل تيارات التسرب، وما إلى ذلك؛
• على مستوى المعالج - توزيع الحمل على أساس تعدد العمليات؛
• على مستوى النظام - إدارة الطاقة بدقة عالية اعتمادًا على حمل النظام؛
• على مستوى مراكز البيانات - استخدام أنظمة تبريد سائلة وهوائية متقدمة، بالإضافة إلى التكامل الرأسي لحلول تبديد الحرارة.

علاوة على ذلك، يتوقع الباحثون ظهور مشاكل غير متوقعة على الإطلاق مرتبطة بـ... الأشعة الكونية. بعد كل شيء، ستستخدم معالجات بيتا ذات التكامل العالي لعناصر الحوسبة ترانزستورات صغيرة جدًا لدرجة أنها ستكون عرضة لتأثير الجزيئات النشطة التي تشكل الأشعة الكونية ويمكن أن تسبب فشلًا عشوائيًا في البيانات إذا اصطدمت بالترانزستور. ومع زيادة كثافة الترانزستورات الموجودة على الشريحة، فإن عدد حالات الفشل العشوائية هذه سوف يزداد بسرعة. يقول باولوفسكي: "إذا وصل عدد النوى في الشريحة إلى 100 ألف، فإن مثل هذه الإخفاقات ستصبح خارجة عن السيطرة". "سيكون لها تأثير متزايد على تشغيل النظام، وسيتعين التعامل معها." لقد بدأنا بالفعل البحث في هذا الاتجاه." تشمل تقنيات الموثوقية الواعدة استخدام رموز التكافؤ وتصحيح الأخطاء، بالإضافة إلى استخدام النوى الزائدة للتحقق من نتائج الحساب للنوى الرئيسية للنظام.

شركة سوني كمبيوتر انترتينمنت تفخر بالإعلان عن أن مشاركة نظام الترفيه PLAYSTATION 3 مكنت مشروع Folding@home التابع لجامعة ستانفورد من تحقيق قدرة تراكمية تزيد عن 1 بيتافلوب.

البيتافلوب هو قدرة الكمبيوتر أو الشبكة على إجراء 1 كوادريليون (واحد متبوعًا بـ 24 صفرًا) من العمليات الحسابية للفاصلة العائمة في الثانية (FLOPS). بمعنى آخر، إذا أجرى كل شخص على وجه الأرض عملية حسابية رياضية بسيطة (على سبيل المثال، حساب نسبة مئوية من مبلغ معين)، فسيحتاج كل فرد من سكان الأرض إلى إجراء 75000 عملية حسابية بسيطة في الثانية حتى تتمكن القوة الحاسوبية الإجمالية للبشرية من تحقيق ذلك. الوصول إلى بيتافلوب.

ستؤدي هذه الزيادة في قوة الحوسبة لمشروع Folding@home إلى تسريع الأبحاث التي كانت تستغرق عقودًا في السابق. وكل هذا أصبح ممكنًا بفضل محرك النطاق العريض الخلوي (Cell/B.E.) المستخدم في PLAYSTATION 3، والذي يتمتع بقدرة معالجة تزيد عن 180 GFLOPS (مليارات عمليات الفاصلة العائمة في الثانية). خلية / ب. وهو أسرع بحوالي 10 مرات من معالج الكمبيوتر الشخصي التقليدي، لذلك يمكن تسمية PLAYSTATION 3، دون مبالغة، بالكمبيوتر العملاق المنزلي. تساعد مشاركة PLAYSTATION 3 في المشروع العلماء على التعرف على أسباب الأمراض مثل مرض باركنسون ومرض الزهايمر والسرطان.

وفقًا لفيجاي باندي، أستاذ الكيمياء المساعد في جامعة ستانفورد ورئيس مشروع Folding@home، فإن إدراج PLAYSTATION 3 في مشروع Folding@home قد منح العلماء قوة أكبر مما كانوا يتخيلونه.

بدوره، قال الرئيس والمدير التنفيذي للقسم الأمريكي لشركة SCEI، جاك تريتون، إنه حتى في مرحلة التطوير، كان مهندسو الشركة يعلمون أن قوة PLAYSTATION 3 سيتم استخدامها ليس فقط للترفيه، ولكن أيضًا لصالح الجميع. إنسانية. بالنسبة لفريق SCEI بأكمله، يعد استخدام أفكارها في مشاريع مثل Folding@home مصدر فخر.

تعتبر أبحاث البروتين عملية معقدة للغاية. بالنسبة لجهاز كمبيوتر عادي، قد يستغرق حل أبسط مشكلة ما يصل إلى 30 عامًا. يقوم Folding@home بتوزيع الحوسبة عبر آلاف أجهزة الكمبيوتر المتصلة بشبكة واحدة. حتى وقت قريب، كانت Folding@home تستخدم أجهزة الكمبيوتر الشخصية فقط. وشارك في المشروع حوالي 200 ألف جهاز كمبيوتر، بلغت طاقته الإجمالية حوالي ربع بيتافلوب. بفضل تحديث البرنامج الداخلي في 15 مارس 2007، "تعلمت" PLAYSTATION 3 العمل مع المشروع. منذ ذلك الحين، قام أكثر من 600.000 مستخدم لـ PLAYSTATION 3 بالتسجيل في Folding@home، متجاوزين علامة الطاقة البالغة 1 بيتافلوب.

للمشاركة في Folding@home، كل ما عليك فعله هو توصيل جهاز PLAYSTATION 3 الخاص بك بالإنترنت، وتنزيل أحدث إصدار من برنامج النظام الداخلي، ثم النقر فوق أيقونة Folding@home في قسم الشبكة بقائمة XMB الرئيسية (XrossMediaBar) . في الإعدادات، يمكنك ضبط خيار تشغيل تطبيق Folding@home تلقائيًا أثناء وجود جهاز PLAYSTATION 3 في وضع الاستعداد. لتشغيل التطبيق تلقائيًا، يجب تشغيل جهاز PLAYSTATION 3 الخاص بك وتوصيله بالإنترنت.

ومن الجدير بالذكر أن Folding@home هو مجرد البداية. تخطط SCEI لإضافة دعم إلى PLAYSTATION 3 للعديد من مشاريع الحوسبة الموزعة الأخرى في مجموعة متنوعة من المجالات العلمية، من الطب إلى البحوث الاجتماعية والبيئية. وفي الوقت نفسه، سيكون بمقدور مالكي PLAYSTATION 3 أن يحددوا بأنفسهم الأغراض التي سيتم توجيه قوة نظام الترفيه الخاص بهم إليها.

Flops هي وحدة تمثل أداء الكمبيوتر العملاق. واحد بيتافلوب (1 Pflops) يعني أن الآلة يمكنها إجراء 1 كوادريليون (1 ألف تريليون) عملية في الثانية. حاليًا، يوجد جهازان فقط بسعة تزيد عن 1 Pflops - Jaguar، التي تم تجميعها بواسطة Cray، وRoadrunner، المصنعة بواسطة IBM. يقع كلا الكمبيوترين العملاقين في الولايات المتحدة الأمريكية. بشكل عام، من بين العشرة الأوائل، يوجد فقط حاسوبان عملاقان خارج الولايات المتحدة: في ألمانيا والصين.

04.08.2009 12:20

اليوم، صناعة الكمبيوتر هي طليعة العلوم والتكنولوجيا. لحل المشكلات المعقدة في مجالات الفيزياء وعلم الفلك والأحياء والطب، يلزم وجود قوة حاسوبية كبيرة. إنها أجهزة الكمبيوتر العملاقة التي يمكن أن تساعد في هذا، لأنها تم إنشاؤها من أجل ذلك.

في الآونة الأخيرة، تظهر المعلومات في كثير من الأحيان أنه تم إنشاء كمبيوتر عملاق آخر في مكان ما. ولكن ما هي هذه المعجزة التكنولوجية؟ بالمعنى الحديث، الكمبيوتر العملاق عبارة عن آلة حوسبة إلكترونية قوية ذات أداء يزيد عن تريليون عملية فاصلة عائمة في الثانية أو تيرافلوب. Flops (من الإنجليزية Floating Point Operations Per Second) هي قيمة لقياس أداء الكمبيوتر، حيث توضح عدد عمليات الفاصلة العائمة في الثانية التي يقوم بها نظام حوسبة معين. كقاعدة عامة، الكمبيوتر العملاق الحديث عبارة عن مجمع متعدد المعالجات أو متعدد الآلات (وفي بعض الحالات إصدار مدمج)، يعمل على ذاكرة مشتركة ومجال مشترك للأجهزة الخارجية.

تقليديا، المجال الرئيسي لتطبيق أجهزة الكمبيوتر العملاقة هو البحث العلمي. فيزياء البلازما والميكانيكا الإحصائية، وفيزياء المواد المكثفة، والفيزياء الجزيئية والذرية، ونظرية الجسيمات الأولية، وديناميكيات الغاز ونظرية الاضطراب، والفيزياء الفلكية ليست سوى بعض المجالات التي تنطوي على قوة كمبيوتر هائلة.

واليوم، تُستخدم أيضًا أنظمة الكمبيوتر فائقة القوة لحل المشكلات التقنية. هذه هي، في المقام الأول، مهام صناعات الطيران والسيارات، والطاقة النووية، والتنبؤ وتطوير الرواسب المعدنية، وصناعات النفط والغاز، وكذلك تصميم أجهزة الكمبيوتر العملاقة نفسها.

كما تم استخدام أجهزة الكمبيوتر العملاقة بشكل تقليدي للأغراض العسكرية. بالإضافة إلى تطوير مجموعة متنوعة من الأسلحة، فإنها تحاكي استخدامها. على سبيل المثال، في الولايات المتحدة، ستكون هناك حاجة إلى القوة الحاسوبية لأجهزة الكمبيوتر العملاقة التابعة لوزارة الطاقة لمحاكاة استخدام الأسلحة النووية، مما سيجعل من الممكن التخلي تمامًا عن التجارب النووية الحقيقية في المستقبل.

حاليًا، تشارك غالبية أجهزة الكمبيوتر العملاقة من تصنيف TOP-500 في التطوير العلمي. تشارك 72 آلة معلومات وحوسبة قوية في هذا المجال. يخدم الصناعة المالية 46 جهاز كمبيوتر فائق السرعة، 43 آلة تعمل لصالح الجيوفيزياء، 33 تعمل في مجال خدمات المعلومات، 31 تعمل في إدارة الخدمات اللوجستية، 29 تعمل في تطوير أشباه الموصلات، 20 تنتج البرمجيات، 18 تستخدم في معالجة المعلومات الخدمات، و12 نظامًا لإدارة الإنترنت.

العمل مع صفائف ضخمة من العمليات الحسابية يميز أجهزة الكمبيوتر العملاقة عن الخوادم والحواسيب المركزية - أنظمة الكمبيوتر ذات الأداء العام العالي، المصممة لحل المشكلات النموذجية، على سبيل المثال، الحفاظ على قواعد بيانات كبيرة أو العمل المتزامن مع العديد من المستخدمين.

تحدث الزيادة في إنتاجية أنظمة الحوسبة، في المقام الأول، بسبب زيادة سرعة القاعدة المادية والتكنولوجية (المكونات الإلكترونية وأجهزة الذاكرة والاتصالات والمدخلات والمخرجات وعرض المعلومات) وتطور التوازي في عملية معالجة المعلومات على جميع المستويات الهيكلية للنظام، والتي ترتبط بزيادة عدد المكونات المعنية (عناصر المعالجة، سعة الذاكرة، الأجهزة الخارجية).

هندسة الكمبيوتر العملاق الأكثر شيوعًا (72٪ في قائمة TOP-500) اليوم هي ما يسمى بالمجموعات. لبناء بنية عنقودية للكمبيوتر العملاق، يتم استخدام العقد الحاسوبية، والتي تكون في بعض الأحيان أكثر أجهزة الكمبيوتر العادية. عادة ما تحتوي هذه العقدة على العديد من المعالجات - من 2 إلى 8. لهذا، يتم استخدام مكونات عادية تمامًا، ومتاحة على نطاق واسع في السوق - اللوحات الأم (SMP-متعددة المعالجات)، ومعالجات Intel، أو AMD أو IBM، بالإضافة إلى وحدات ذاكرة الوصول العشوائي العادية و محركات الأقراص الصلبة.
على مدار تاريخها القصير نسبيًا، تطورت أجهزة الكمبيوتر العملاقة من أنظمة منخفضة الطاقة وفقًا للمعايير الحديثة إلى أجهزة ذات أداء رائع.

يعود أول ذكر للكمبيوتر العملاق إلى أواخر العشرينيات من القرن الماضي، عندما ظهر هذا المصطلح على صفحات صحيفة نيويورك وورلد في شكل عبارة “الحوسبة الفائقة” (مترجمة من الإنجليزية باسم الحوسبة الفائقة). يشير هذا المفهوم إلى أجهزة الجدولة - أجهزة الكمبيوتر الكهروميكانيكية التي تصنعها شركة IBM حسب الطلب وتلبية احتياجات جامعة كولومبيا وتقوم بإجراء العمليات الحسابية الأكثر تعقيدًا في ذلك الوقت. وبطبيعة الحال، في ذلك الوقت لم تكن هناك أجهزة كمبيوتر خارقة بالمعنى الحديث؛ كان هذا الجد البعيد لأجهزة الكمبيوتر الحديثة أشبه بنوع من الآلة الحاسبة.

يُعزى استخدام مصطلح "الكمبيوتر العملاق" فيما يتعلق بنظام الحوسبة الإلكترونية القوي إلى جورج أ. مايكل وسيدني فيرنباخ، العاملين في مختبر ليفرمور الوطني (الولايات المتحدة الأمريكية، كاليفورنيا) وشركة بيانات التحكم. في أواخر الستينيات، شاركوا في إنشاء أجهزة كمبيوتر قوية لاحتياجات وزارة الدفاع الأمريكية وصناعة الطاقة. تم تطوير معظم أجهزة الكمبيوتر العملاقة في مختبر ليفرمور، بما في ذلك أسرع كمبيوتر عملاق في العالم من عام 2004 إلى عام 2008، Blue Gene/L.

ومع ذلك، فإن مصطلح “الكمبيوتر العملاق” انتشر على نطاق واسع بفضل مطور تكنولوجيا الكمبيوتر الأمريكي سيمور كراي، الذي أنشأ في عام 1957 شركة Control Data Corporation، التي بدأت في تصميم وبناء أنظمة الحوسبة الإلكترونية التي أصبحت مؤسسي أجهزة الكمبيوتر العملاقة الحديثة. في عام 1958، تحت قيادته، تم تطوير أول كمبيوتر قوي في العالم يعتمد على ترانزستورات CDC 1604. ومن الجدير بالذكر أن شركة سيمور كراي أصبحت أول شركة تنتج أجهزة كمبيوتر عملاقة بكميات كبيرة - في عام 1965، جهاز CDC-6600 بأداء 3. مليون عملية في الثانية تدخل السوق. أصبح هذا الكمبيوتر أساسًا لاتجاه كامل أسسه Cray في عام 1972 وأطلق عليه اسم Cray Research. كانت هذه الشركة تعمل حصريًا في تطوير وإنتاج أجهزة الكمبيوتر العملاقة. في عام 1976، أصدرت شركة Cray Research نظام الحوسبة CRAY-1 بسرعة تبلغ حوالي 100 ميغافلوب. وبعد تسع سنوات، في عام 1985، تغلب الكمبيوتر العملاق CRAY-2 على سرعة حسابية قدرها 2 جيجا فلوب.

في عام 1989، افتتح سيمور كراي شركة Cray Computer Corporation مع التركيز بشكل واضح على آفاق سوق أجهزة الكمبيوتر العملاقة. هنا يقوم بإنشاء الكمبيوتر العملاق CRAY-3، الذي وصلت سرعته بالفعل إلى خمسة جيجا فلوب. هناك حقيقة مثيرة للاهتمام مرتبطة بهذا الكمبيوتر. والحقيقة هي أنه بعد ظهور CRAY-3، دخل تعبير "Cray Time" إلى اللغة الإنجليزية، وهو ما يعني تكلفة ساعة تشغيل الكمبيوتر العملاق (في ذلك الوقت كان ألف دولار في الساعة). هناك تعبير آخر يتم تداوله في دوائر متخصصي الكمبيوتر - "الكمبيوتر العملاق هو أي جهاز كمبيوتر أنشأه سيمور كراي".

تجدر الإشارة إلى أنه في الثمانينيات من القرن العشرين، ظهرت العديد من الشركات الصغيرة المتنافسة التي أنشأت أجهزة كمبيوتر عالية الأداء. ولكن بحلول منتصف التسعينيات، غير قادر على تحمل المنافسة مع الشركات الكبيرة، تركت معظم الشركات الصغيرة والمتوسطة هذا المجال من النشاط.

تعد أجهزة الكمبيوتر العملاقة اليوم أنظمة فريدة من نوعها تم إنشاؤها بواسطة لاعبين "تقليديين" في سوق الكمبيوتر، مثل IBM وHewlett-Packard وIntel وNEC وغيرها. إن عمالقة الكمبيوتر هم الذين يمليون الآن قواعد اللعبة في مجال أنظمة الحوسبة الإلكترونية عالية الأداء.

في عام 1997، أصدرت شركة إنتل الأمريكية حاسوبها العملاق ASCI Red، الذي أصبح أول نظام في العالم بسرعة تزيد عن تريليون عملية في الثانية - 1.334 تيرافلوب. احتفظت أجهزة الكمبيوتر العملاقة من إنتل بالصدارة لمدة عامين آخرين، ولكن في عام 2000، كان الأول هو كمبيوتر ASCI White من شركة IBM، والذي تم تركيبه في مختبر لورانس ليفرمور الوطني، والذي أنتج 4 تريليون. 938 مليار عملية حسابية (4.938 تيرافلوب). احتل هذا الكمبيوتر العملاق مكانة رائدة لمدة عام آخر، حيث حصل على سرعة تبلغ 7.226 تيرافلوب بعد الترقية. ولكن بالفعل في أبريل 2002، أعلنت الشركة اليابانية NEC عن إطلاق الكمبيوتر العملاق Earth Simulator، الذي كان قادرًا على الوصول إلى سرعة قصوى تبلغ 35.86 تيرافلوب.

شهد عالم أجهزة الكمبيوتر العملاقة تغييرًا آخر في القادة في خريف عام 2004 - في 29 سبتمبر، احتل الكمبيوتر العملاق IBM Blue Gene/L المركز الأول في العالم. وصل نظام الحوسبة القوي هذا إلى سرعة 36.01 تيرافلوب. ومع ذلك، فإن هذا السجل لم يدم طويلا - ففي 26 أكتوبر، أعلنت الإدارة الوطنية للملاحة الجوية والفضاء الأمريكية (ناسا) أن حاسوبها العملاق الجديد كولومبيا، الذي صنعته شركة Silicon Graphics والذي سمي على اسم المكوك الذي مات في فبراير 2003، أجرى سلسلة من العمليات الحسابات بسرعة 42.7 تيرافلوب. وبعد أيام قليلة، تمكن نفس الكمبيوتر من زيادة سرعته إلى 51.87 تيرافلوب.
في بداية نوفمبر 2004، فاز بلقب حامل الرقم القياسي المطلق مرة أخرى Blue Gene/L، وهو نموذج آخر أصدرته شركة IBM لوزارة الدفاع الأمريكية. حاليًا، تتجاوز سرعة التشغيل القصوى 70.72 تيرافلوب. كان هذا الكمبيوتر هو الرائد حتى يونيو 2008، عندما قامت شركة IBM ببناء تحفة الكمبيوتر العملاق التالية للمختبر النووي في لوس ألاموس (الولايات المتحدة الأمريكية، نيو مكسيكو) - أقوى نظام حوسبة إلكتروني تم إنشاؤه على الإطلاق، Roadrunner.

تم إنشاء مشروع TOP-500 خصيصًا لمراعاة أجهزة الكمبيوتر العملاقة، وتتمثل مهمتها الرئيسية في تجميع تصنيف وأوصاف أقوى أجهزة الكمبيوتر في العالم. تم افتتاح هذا المشروع في عام 1993 وينشر قائمة محدثة لأجهزة الكمبيوتر العملاقة مرتين في السنة (في يونيو ونوفمبر).

لذلك، كما ذكرنا بالفعل، فإن أقوى كمبيوتر عملاق اليوم، وفقا لأحدث إصدار من تصنيف TOP-500، هو نظام الحوسبة IBM Roadrunner. تم تصميم هذا الكمبيوتر باستخدام تصميم هجين يضم 6500 معالج AMD Opteron ثنائي النواة وما يقرب من 13000 معالج IBM Cell 8i الموجودة في رفوف TriBlades خاصة متصلة عبر Infiniband، وهو ناقل تسلسلي عالي السرعة. أقصى أداء لها هو 1,105 بيتافلوب.

يعمل Roadrunner على نظام التشغيل Linux. ويشغل حاسوب آي بي إم العملاق مساحة تبلغ حوالي 1100 متر مربع ويزن 226 طنا، ويصل استهلاكه للطاقة إلى 3.9 ميغاوات. بلغت تكلفة IBM Roadrunner 133 مليون دولار.

ستستخدم وزارة الطاقة الأمريكية برنامج RoadRunner لحساب تقادم المواد النووية وتحليل سلامة وموثوقية الترسانة النووية. بالإضافة إلى ذلك، سيتم استخدام هذا الكمبيوتر العملاق في الحوسبة العلمية والمالية والنقل والفضاء.
يحتل الكمبيوتر العملاق Cray XT5 Jaguar المركز الثاني في التصنيف، والذي تم تركيبه في مختبر وزارة الطاقة الأمريكية في أوك ريدج بولاية تينيسي. يصل أداءه إلى 1.059 بيتافلوب.

تمكنت جاكوار من تسجيل رقم قياسي جديد في الأداء بعد إضافة مائتي وحدة Cray XT5 إلى 84 وحدة Cray XT4. يعتمد الأخير على معالجات AMD Opteron رباعية النواة. تحتوي كل وحدة Cray XT5 على ما يصل إلى 192 معالجًا. إجمالي عدد معالجات جاكوار 45 ألفًا.

ومن بين الخصائص التقنية الأخرى للكمبيوتر العملاق، حجم ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) وسعة محركات الأقراص المعروفة؛ فهي تساوي 362 تيرابايت و10 بيتابايت على التوالي.

على عكس IBM Roadrunner، سيتعين على الكمبيوتر العملاق Jaguar حل المشكلات السلمية. على سبيل المثال، سيتم استخدامه لنمذجة تغير المناخ وفي مجالات مثل الطاقة المتجددة وعلوم المواد. بالإضافة إلى ذلك، تقول وزارة الطاقة الأمريكية إن جاكوار ستسمح لنا بدراسة العمليات التي لم يسمع بها من قبل. ما هي هذه العمليات، لسوء الحظ، لم يتم الإبلاغ عنها.

ثالث أقوى كمبيوتر عملاق في العالم، وكذلك الأسرع في أوروبا، هو نموذج خط الكمبيوتر العملاق IBM Blue Gene/P، والذي تم تثبيته في مركز أبحاث Jülich في ألمانيا. يحتوي مجمع الحوسبة JUGENE، الذي تم إطلاقه هذا الصيف، على 72 رفًا، والتي تحتوي على 294.912 معالج PowerPC 450 بتردد 850 ميجاهرتز، وتبلغ قوتها 825.5 تيرافلوب. وتبلغ سعة ذاكرة الكمبيوتر العملاق الألماني 144 تيرابايت. بالإضافة إلى ذلك، يعد هذا الكمبيوتر العملاق أحد أكثر الأجهزة اقتصادية بين الحلول المماثلة - حيث يبلغ استهلاكه للطاقة حوالي 2.2 ميجاوات.

تُستخدم موارد الحوسبة لهذا الكمبيوتر العملاق، من بين أمور أخرى، في حساب المشاريع المتعلقة بالأبحاث النووية الحرارية، وتطوير مواد جديدة، والبحث عن أدوية الجيل التالي، وكذلك في نمذجة تغير المناخ، وسلوك الجسيمات الأولية، والمعقدة. التفاعلات الكيميائية، وما إلى ذلك. يتم توزيع قوة الحوسبة بين المشاريع من قبل مجموعة من الخبراء المستقلين.

بالمناسبة، وفقا لبيانات نوفمبر 2008، تحتل روسيا المرتبة 11-14 من حيث عدد الأنظمة المثبتة، إلى جانب النمسا ونيوزيلندا وإسبانيا. والولايات المتحدة هي الرائدة في هذا المؤشر، بحوالي 300 جهاز كمبيوتر فائق السرعة من التصنيف. ومع ذلك، من حيث القوة، فإن الكمبيوتر العملاق الروسي الأكثر إنتاجية MVS-100K، والذي يؤدي المهام في مركز الكمبيوتر العملاق المشترك بين الإدارات التابع للأكاديمية الروسية للعلوم، يحتل المركز 54 فقط. على الرغم من هذه الحقيقة، يعد MVS-100K، الذي يتمتع بأداء يصل إلى 95.04 تيرافلوب، أقوى كمبيوتر عملاق مثبت حاليًا في بلدان رابطة الدول المستقلة. وهو يتألف من 990 وحدة حاسوبية، كل منها مجهزة بمعالجين Intel Xeon رباعي النواة يعملان بسرعة 3 جيجاهرتز. ومن المخطط في المستقبل القريب زيادة إنتاجية MVS-100K إلى 150 TFlops. تم تصميم هذا الكمبيوتر العملاق لحل مجموعة واسعة من المشكلات العلمية والتقنية المعقدة.

ما هي الآفاق المستقبلية للحوسبة الفائقة؟ وفقا للخبراء، والأكثر وردية. ولكن من الواضح بالفعل أن أدائها سوف ينمو بسرعة كبيرة بسبب زيادة عدد نوى المعالج ومتوسط ​​\u200b\u200bتردد المعالج. بالإضافة إلى ذلك، لحل المشكلات التطبيقية، لن تستخدم أجهزة الكمبيوتر العملاقة المعالجات العالمية فحسب، بل ستستخدم أيضًا المعالجات المتخصصة (على سبيل المثال، معالجات الرسومات التي طورتها Nvidia وATI) المصممة لمهام محددة. كما سيبحث مصنعو أجهزة الكمبيوتر العملاقة عن حلول معمارية جديدة وفريدة من نوعها لن تؤدي إلى زيادة قوة الكمبيوتر فحسب، بل ستوفر أيضًا مزايا في المنافسة في السوق التجارية. بالإضافة إلى ذلك، في المستقبل، ستزداد كفاءة أجهزة الكمبيوتر العملاقة بشكل كبير بسبب تطوير البرمجيات. ستزداد أيضًا القدرات الفكرية لأجهزة الكمبيوتر العملاقة، بالإضافة إلى ذلك، ستنمو أيضًا الصفات المهنية للمبرمجين وغيرهم من متخصصي تكنولوجيا المعلومات.

ومن الجدير بالذكر أيضًا أنه في المستقبل، ستزيد أنظمة الحوسبة عالية الأداء تدريجيًا من وجودها في سوق الكمبيوتر العالمي. وفقًا لمؤسسة IDC، ينمو سوق أجهزة الكمبيوتر العملاقة العالمية بنسبة 9.2% سنويًا. بلغت إيرادات الشركات المصنعة لأجهزة الكمبيوتر العملاقة في الربع الثاني من عام 2008 ما مقداره 2.5 مليار دولار، وهو ما يزيد بنسبة 4% عن نفس الفترة من العام الماضي و10% أكثر مما كان عليه في الربع الأول من عام 2008.

وكما لاحظ محللو IDC، احتلت HP المركز الأول من حيث الإيرادات بحصة سوقية تبلغ 37%، تليها IBM (27%) وDell (16%) لتقترب من المراكز الثلاثة الأولى. ووفقاً لمحللي شركة IDC، فإن سوق أجهزة الكمبيوتر العملاقة سوف يصل إلى 15.6 مليار دولار بحلول عام 2012.

من بين الأنظمة المعروضة في TOP-500، تم تصنيع 209 (41.8٪) بواسطة متخصصين في HP. وجاءت شركة IBM في المركز الثاني بـ 186 جهاز كمبيوتر، وجاءت شركة Cray في المركز الثالث بـ 22 جهاز كمبيوتر فائق السرعة.

أما بالنسبة لروسيا، فهنا، بحسب المدير التجاري لشركة T-Platforms، ميخائيل كوزيفنيكوف، يبلغ النمو السنوي في سوق أجهزة الكمبيوتر العملاقة حوالي 40%. وهكذا، وبحسب T-Platforms، بلغ حجم سوق أجهزة الكمبيوتر العملاقة في روسيا عام 2007 نحو 60 مليون دولار، وفي عام 2008 نما السوق إلى ما يقرب من 80 مليون دولار. وفقا لميخائيل كوزيفنيكوف، حتى في الأزمات، من المتوقع أن ينمو السوق بنحو 60٪ في عام 2009، وفي ظل ظروف مواتية، يصل إلى 100٪.

كما ترون، تكتسب أجهزة الكمبيوتر العملاقة زخمًا "تجاريًا" فقط. من الصعب أن نتخيل ذلك، ولكن في الواقع، يتم بيع أجهزة الكمبيوتر الضخمة مثل "الكعك الساخن" في سوق الكمبيوتر. هل ينبغي لنا أن نتوقع نسخة أصغر من الحاسوب العملاق بنفس الخصائص العالية التي تتمتع بها أنظمة الحوسبة الكبيرة الآن؟ ربما لا يمكن الإجابة على هذا السؤال الصعب إلا بواسطة أجهزة الكمبيوتر العملاقة نفسها، لأن هذه هي وظيفتها.

نهاية العمل -

هذا الموضوع ينتمي إلى القسم:

تم تسمية قائمة جديدة بأقوى أجهزة الكمبيوتر العملاقة

تم تسمية إنشاء أجهزة كمبيوتر فائقة القوة كأحد الأولويات التكنولوجية.

إذا كنت بحاجة إلى مواد إضافية حول هذا الموضوع، أو لم تجد ما كنت تبحث عنه، نوصي باستخدام البحث في قاعدة بيانات الأعمال لدينا:

ماذا سنفعل بالمواد المستلمة:

إذا كانت هذه المادة مفيدة لك، فيمكنك حفظها على صفحتك على الشبكات الاجتماعية:

− 10 21 com.yottaflops − 10 24 xeraflops − 10 27

يتخبط(أو يتخبطأو بالتخبط / ثانية)(اختصار من الإنجليزية. فلوريدانقطة الطفو يابيراتيون صإيه سثانية ، تنطق مثل يتخبط) هي كمية تستخدم لقياس أداء الكمبيوتر، وتظهر عدد عمليات الفاصلة العائمة في الثانية التي يقوم بها نظام حوسبة معين.

نظرًا لأن أجهزة الكمبيوتر الحديثة تتمتع بمستوى عالٍ من الأداء، فإن مشتقات FLOPS أكثر شيوعًا، ويتم تشكيلها باستخدام بادئات SI القياسية.

يتخبط كمقياس للأداء مثل معظم مؤشرات الأداء الأخرى، يتم تحديد هذه القيمة عن طريق تشغيل برنامج اختبار على الكمبيوتر قيد الاختبار، والذي يحل مشكلة ذات عدد معروف من العمليات ويحسب الوقت الذي تم حلها فيه. اختبار الأداء الأكثر شعبية اليوم هو برنامج LINPACK، والذي يستخدم، من بين أمور أخرى، في تجميع تصنيف الكمبيوتر العملاق TOP500. ومن أهم مزايا مؤشر التخبط أنه، إلى حد ما، يمكن تفسيره كقيمة مطلقة وحسابها نظريا، في حين أن معظم المقاييس الشائعة الأخرى نسبية ولا تسمح بتقييم النظام قيد الاختبار إلا بالمقارنة مع مؤشر التخبط. عدد من الآخرين. تتيح هذه الميزة استخدام نتائج الخوارزميات المختلفة للتقييم، وكذلك تقييم أداء أنظمة الحوسبة غير الموجودة بعد أو قيد التطوير. حدود قابلية التطبيق على الرغم من عدم الغموض الواضح، فإن التخبط في الواقع هو مقياس ضعيف إلى حد ما للأداء، لأن تعريفه غامض. يمكن أن تخفي "عملية الفاصلة العائمة" الكثير من المفاهيم المختلفة، ناهيك عن حقيقة أن عمق البت للمعاملات يلعب دورًا مهمًا في هذه الحسابات، وهو أيضًا غير محدد في أي مكان. بالإضافة إلى ذلك، تتأثر قيمة التقليب بالعديد من العوامل التي لا ترتبط بشكل مباشر بأداء وحدة الحوسبة، مثل: عرض النطاق الترددي لقنوات الاتصال مع بيئة المعالج، وأداء الذاكرة الرئيسية، ومزامنة الذاكرة المؤقتة في مختلف المستويات. كل هذا يؤدي في النهاية إلى حقيقة أن النتائج التي يتم الحصول عليها على نفس الكمبيوتر باستخدام برامج مختلفة يمكن أن تختلف بشكل كبير، علاوة على ذلك، مع كل اختبار جديد، يمكن الحصول على نتائج مختلفة باستخدام نفس الخوارزمية. تم حل هذه المشكلة جزئيًا من خلال الاتفاق على استخدام برامج اختبار موحدة (نفس LINPACK) ذات نتائج متوسطة، ولكن مع مرور الوقت، "تتجاوز" قدرات أجهزة الكمبيوتر نطاق الاختبار المعتمد وتبدأ في إعطاء نتائج منخفضة بشكل مصطنع، لأنها لا يستخدم أحدث إمكانيات أجهزة الكمبيوتر. وبالنسبة لبعض الأنظمة، لا يمكن تطبيق الاختبارات المقبولة عمومًا على الإطلاق، مما يترك مسألة أدائها مفتوحة. أسباب انتشار الاستخدام على الرغم من وجود عدد كبير من أوجه القصور الكبيرة، يستمر استخدام مؤشر التقليب بنجاح لتقييم الأداء، بناءً على نتائج اختبار LINPACK. تعود أسباب هذه الشعبية، أولاً، إلى حقيقة أن الإخفاقات، كما ذكرنا أعلاه، هي قيمة مطلقة. وثانيًا، يتم تقليل العديد من المشكلات في الممارسة الهندسية والعلمية في النهاية إلى حل أنظمة المعادلات الجبرية الخطية، ويعتمد اختبار LINPACK على وجه التحديد على قياس سرعة حل هذه الأنظمة. بالإضافة إلى ذلك، فإن الغالبية العظمى من أجهزة الكمبيوتر (بما في ذلك أجهزة الكمبيوتر العملاقة) مبنية على بنية كلاسيكية تستخدم معالجات قياسية، مما يسمح باستخدام الاختبارات المقبولة عمومًا بموثوقية كبيرة. كما هو موضح في معالجات Intel Core 2 Quad Q9450 2.66 جيجا هرتز @3.5 جيجا هرتز وIntel Core 2 Duo E8400 3000 ميجا هرتز (2008)، فإن LINPACK لا يحل التعبيرات الجبرية، نظرًا لأن أي عملية لا يمكن أن تتم بشكل أسرع من دورة معالج واحدة. لذلك، بالنسبة لمعالجات Intel Core 2 Quad، تتطلب الدورة الواحدة هرتزًا واحدًا أو هرتزين. نظرًا لأن مهام الفاصلة العائمة: القسمة/الضرب، والجمع/الطرح تتطلب أكثر من دورة ساعة واحدة، فمن الواضح أن هذه المعالجات لا يمكنها إنتاج 48 جيجا فلوب و18.5 جيجا فلوب، على التوالي. في كثير من الأحيان، بدلاً من عملية تقسيم الفاصلة العائمة، يتم تحميل البيانات في وضع DMA من ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) إلى حزمة المعالج. هذه هي الطريقة التي يعمل بها برنامج LINPACK في بعض الاختبارات، ولكن بالمعنى الدقيق للكلمة فإن النتيجة ليست قيمة فاشلة. ملحوظة:إن الملاحظة حول استحالة إجراء أكثر من عملية في دورة الساعة غير صحيحة على الإطلاق، حيث أن جميع المعالجات الحديثة في كل نواة تحتوي على عدة وحدات تنفيذ من كل نوع (بما في ذلك عمليات الفاصلة العائمة) تعمل بالتوازي ويمكنها تنفيذ أكثر من وحدة. تعليمات لكل دورة على مدار الساعة. تسمى هذه الميزة المعمارية بالسلمية الفائقة وظهرت لأول مرة في المعالج الأول. مراجعة أداء النظام الحقيقي نظرًا للتشتت الكبير لنتائج اختبار LINPACK، يتم تقديم القيم التقريبية، التي يتم الحصول عليها عن طريق متوسط ​​المؤشرات بناءً على معلومات من مصادر مختلفة. يتم تقديم أداء وحدات تحكم الألعاب والأنظمة الموزعة (تلك التي لها تخصص ضيق ولا تدعم اختبار LINPACK) لأغراض مرجعية وفقًا للأرقام التي ذكرها مطوروها. يمكن الحصول على نتائج أكثر دقة تشير إلى معلمات أنظمة معينة، على سبيل المثال، على الموقع الإلكتروني. أجهزة الكمبيوتر العملاقة حواسيب شخصية معالجات Intel Core 2 Duo E8400 3.0 جيجا هرتز () - 18.6 جيجا فلوبس عند استخدام الإصدار القياسي من LINPACK 10 Intel Core 2 Duo E8400 3.0 جيجا هرتز @4.0 جيجا هرتز () - 25 Gflops (LINPACK Benchmark 10.0 64 بت) على نظام التشغيل Windows Vista x64 Ultimate SP1 Intel Core 2 Quad Q9450 2.66 جيجا هرتز @3.5 جيجا هرتز - 48 GFlops (LINPACK Benchmark 10.0 64 بت) على نظام التشغيل Windows 2003sp2 x64 أجهزة كمبيوتر الجيب الانظمة الموزعة لعب لوحات المفاتيح الرجل والآلة الحاسبة ملحوظات أنظر أيضا روابط تصنيف TOP500 للكمبيوتر العملاق TOP500 (الإنجليزية) خادم قاعدة بيانات الأداء قاعدة بيانات كبيرة لأداء الكمبيوتر مجموعة Roy Longbottom's PC Benchmark Collection مجموعة مختارة من برامج قياس الأداء للكمبيوتر الشخصي (بما في ذلك LINPACK) ونتائج الاختبار (باللغة الإنجليزية) Linpack CPU Benchmark لكمبيوتر الجيب إصدار LINPACK لأجهزة المساعد الرقمي الشخصي (الإنجليزية) مؤسسة ويكيميديا. 2010. تعرف على ما هو "Petaflops" في القواميس الأخرى: لقطة شاشة لعميل Folding@home لجهاز PlayStation 3، تظهر نموذجًا ثلاثي الأبعاد للبروتين الذي تتم محاكاته نوع الحوسبة الموزعة ... ويكيبيديا

تكنولوجيا الكمبيوتر تتطور على قدم وساق. لذلك، فمن المحتمل أنه في اللحظة التي نُشرت فيها هذه المقالة، رأى العالم "وحشًا حاسوبيًا" جديدًا. نود أن نقدم لك أفضل عشرة قادة لشهر نوفمبر 2012.

1. تيتان (الولايات المتحدة الأمريكية) - 17.59 بيتافلوب

احتل المركز الأول الكمبيوتر العملاق الأمريكي Titan، الذي تم إنشاؤه بمشاركة Cray وNvidia. ويقع في مختبر أوك ريدج الوطني في ولاية تينيسي، المملوك لوزارة الطاقة الأمريكية. يستطيع تيتان إجراء 17.59 كوادريليون عملية الفاصلة العائمة في الثانية، أي ما يعادل 17.59 بيتافلوب من الأداء.

يتكون تيتان من 18688 عقدة. تم إنشاؤه على بنية من النوع الهجين: تشتمل كل عقدة كمبيوتر عملاق على معالج AMD Opteron ذو 16 نواة ومسرع رسومات Nvidia Tesla K20X. يمكن أن يؤدي استخدام وحدات معالجة الرسومات إلى تقليل استهلاك طاقة النظام.

يتم استخدام تيتان لتصميم محركات المركبات الموفرة للطاقة، ونمذجة تأثيرات تغير المناخ، ودراسة الوقود الحيوي. تقوم أوك ريدج بتأجير الكمبيوتر العملاق لمنظمات بحثية أخرى.

2. سيكويا (الولايات المتحدة الأمريكية) - 16.32 بيتافلوب

ويعمل الحاسوب العملاق سيكويا، المملوك أيضًا لوزارة الطاقة الأمريكية، على 1,572,864 نواة. يتم تطوير سيكويا بواسطة شركة IBM لصالح الإدارة الوطنية للأمن النووي كجزء من برنامج الحوسبة والمحاكاة المتقدم الخاص بها.

سيتم استخدام سيكويا في المقام الأول لمحاكاة الانفجارات النووية، لتحل محل أجهزة الكمبيوتر العملاقة ASC Purple وBlue Gene/L العاملة في مختبر ليفرمور الوطني. ستتمكن سيكويا أيضًا من حل المشكلات المتعلقة باحتياجات علم الفلك والطاقة ودراسة الجينوم البشري وتغير المناخ.

تم بناء Sequoia على بنية Blue Gene/Q، وهي أحدث جيل في خط Blue Gene من معماريات الحوسبة الفائقة. يتكون الكمبيوتر العملاق من 98304 عقدة حوسبة ويحتوي على 1.6 بيتابايت من الذاكرة في 96 رفًا تقع على مساحة 300 متر مربع. م. يتم استخدام المعالجات المركزية ذات 16 أو 8 نواة Power Architecture المصنعة باستخدام تقنية المعالجة 45 نانومتر.

قامت شركة IBM بإنشاء جهاز كمبيوتر يمكنه حل 20 كوادريليون عملية رياضية مختلفة في ثانية واحدة. هذا يعني أنه إذا استخدم 7 مليار شخص الآلات الحاسبة وبدأوا في إجراء العمليات الحسابية في وقت واحد دون انقطاع، كل 24 ساعة في اليوم، كل 365 يومًا، فإن هذه العمليات ستستغرق ما يصل إلى 320 عامًا، لا أقل. ولكن الآن ليس من الضروري القيام بذلك، لأن سيكويا ظهرت. سيقوم الكمبيوتر بإجراء مثل هذه الحسابات خلال ساعة واحدة فقط.

3. حاسوب كيه (اليابان) – 10.51 بيتافلوب

كمبيوتر K هو كمبيوتر ياباني عملاق تم تصنيعه بواسطة شركة Fujitsu، وتم إطلاقه في عام 2011 في معهد RIKEN للأبحاث الفيزيائية والكيميائية في كوبي. يأتي الاسم من البادئة اليابانية "kei"، والتي تعني 10 كوادريليون وفي نفس الوقت تشير إلى رأس المال، أي إشارة إلى "الكمبيوتر الرئيسي"

اعتبارًا من يونيو 2011، كان النظام يحتوي على 68,544 معالج SPARC64 VIIIfx ثماني النواة موجود في 672 رفًا حسابيًا، وهو ما يمثل 548,352 نواة حسابية تم تصنيعها بواسطة فوجيتسو باستخدام عملية 45 نانومتر. يستخدم الكمبيوتر العملاق التبريد المائي، مما يقلل من استهلاك الطاقة ويزيد من كثافة التعبئة والتغليف.

4. ميرا (الولايات المتحدة الأمريكية) - 8.16 بيتافلوب

باستخدام الحاسوب الفائق IBM Blue Gene/Q (Mira)، سيحاول العلماء الأمريكيون محاكاة الكون. يأمل العلماء في الحصول على إجابات لأسئلتهم الأكثر إلحاحًا فيما يتعلق بأصل الكون. ومن المخطط استخدام الكمبيوتر لمحاكاة وحساب الـ 12 مليار سنة التي مرت منذ الانفجار الكبير بشكل متسق.

ويتكون الحاسوب العملاق من 50 ألف عقدة حاسوبية، تحتوي كل منها على 16 نواة. ويستخدم الكمبيوتر سعة تخزينية ضخمة تصل إلى 70 بيتا بايت ونظام تبريد سائل. ميرا قادر على إجراء 8 كوادريليون عملية في الثانية.

5. جوكوين (ألمانيا) - 5.9 بيتافلوب

تم إطلاق أقوى كمبيوتر خارق في أوروبا، JuQueen، رسميًا في مدينة يوليش الألمانية (شمال الراين وستفاليا). ويصل أداءه إلى 5.9 بيتافلوب أو 5.9 ألف تريليون عملية في الثانية.

تحتوي معالجات JuQueen على ما يقرب من 459 ألف نواة. علاوة على ذلك، تم تطويرها باستخدام تقنيات توفير الطاقة. سيتم تبريد النظام باستخدام تدفقات المياه المتداولة عند درجة حرارة 18 درجة. ويشير الخبراء إلى أن هذا الجهاز أقوى بنحو 100 ألف مرة من أحدث أجهزة الكمبيوتر الشخصية.

تم تطوير الكمبيوتر بواسطة شركة IBM. تم تمويل المشروع من أموال أكبر منظمة علمية في ألمانيا - مركز هيلمهولتز، والميزانية الفيدرالية، وكذلك من خزانة شمال الراين وستفاليا. ولم يتم الكشف عن المبلغ الدقيق.

6. SuperMUC (ألمانيا) - 2.9 بيتافلوب

تم إطلاق SuperMUC، ثاني أقوى كمبيوتر عملاق في أوروبا، في نهاية يونيو 2012. تم إنشاء الكمبيوتر العملاق لحل المشكلات العلمية المعقدة في مجال الفيزياء وديناميكيات الموائع. يعمل الجهاز على منصة SUSE Linux Enterprise Server. يتميز SuperMUC الموجود على النظام الأساسي System X iDataPlex من IBM بأكثر من 155000 نواة للمعالج والتي تقدم بشكل جماعي أعلى أداء يبلغ حوالي 3 بيتافلوب.

ومن الميزات الخاصة بـ SuperMUC هي التقنية المبتكرة لتبريد النظام بالماء الدافئ، والتي طورتها شركة IBM، والتي تعتمد على نظام الدورة الدموية في جسم الإنسان. ونتيجة لذلك، ينفق SuperMUC طاقة أقل بنسبة 40% على أنظمة التبريد مقارنة بمراكز الكمبيوتر "الكلاسيكية"، كما يسمح أيضًا بتجميع الطاقة المحفوظة واستخدامها لتدفئة مباني مركز كمبيوتر Leibniz.

7. التدافع (الولايات المتحدة الأمريكية) - 2.7 بيتافلوب

قام مركز تكساس للحوسبة المتقدمة (TACC) في جامعة تكساس بإنشاء حاسوب عملاق قادر على أداء 2.7 كوادريليون عملية فاصلة عائمة في الثانية. يعد TACC جزءًا من مشروع XSEDE (بيئة اكتشاف العلوم والهندسة المتقدمة)، والذي يهدف إلى تزويد الباحثين بإمكانية الوصول إلى موارد الحوسبة الفائقة.

يعتمد Stampede على بنية Dell ذات النطاق السلمي الفائق، والمدعوم بمعالجات Intel Xeon E5-2680 ذات 8 مراكز. توفر معالجات Xeon أكثر من 2 بيتافلوب من الأداء. المشروع قيد التنفيذ، وفي عام 2013 ستستخدم Stampede أيضًا معالجات Intel Xeon Phi المساعدة الجديدة المصممة للحوسبة المتوازية، والتي ستكون مسؤولة عن أكثر من 7 بيتافلوب من أداء النظام. سيؤدي هذا إلى زيادة الأداء الإجمالي للنظام إلى 10 بيتافلوب.

بالإضافة إلى Xeon Phi، سيستخدم الكمبيوتر العملاق 128 مسرع رسومات من الجيل التالي من NVIDIA لتوفير المحاكاة الافتراضية عن بعد. يمكن أن يرتفع أداء النظام إلى 15 بيتافلوب مع تثبيت الجيل الجديد من معالجات Intel. مورد آخر لمكونات Stampede هو Mellanox، الذي يوفر معدات شبكات Infiniband بسرعة 56 جيجابت في الثانية.

تم بناء نظام تبريد الكمبيوتر العملاق على مبدأ عزل المناطق الساخنة ويتضمن استخدام وحدات تبريد مدمجة، مما يسمح بوضع معدات ذات كثافة عالية تصل إلى 40 كيلووات لكل رف. يقوم نظام توزيع الطاقة بتزويد الرفوف بجهد 415 فولت و240 فولت للخوادم. يتم توفير متطلبات الطاقة الكهربائية لنظامي Stampede وRanger من خلال محطة فرعية كهربائية بقدرة 10 ميجاوات.

8. تيانخه-1A (الصين) - 2.57 بيتافلوب

Tianhe-1A هو كمبيوتر عملاق صممته الجامعة الوطنية لتكنولوجيا الدفاع في جمهورية الصين الشعبية. وتبلغ سرعة العمليات الحسابية التي يجريها الحاسوب العملاق 2.57 بيتافلوب.

يستخدم Tianhe-1A 7,168 وحدة معالجة رسومات Nvidia Tesla M2050 و14,336 معالج خادم Intel Xeon. ووفقا لشركة Nvidia، يستخدم الكمبيوتر العملاق الطاقة الكهربائية بكفاءة ثلاث مرات أكثر من أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية الأخرى من فئته. سوف يستهلك الكمبيوتر العملاق المبني فقط على وحدات المعالجة المركزية (CPUs) أكثر من 12 ميجاوات من الطاقة الكهربائية بسرعات حوسبة مماثلة. الطاقة الكهربائية التي يستهلكها Tianhe-1A هي 4.04 ميجاوات. بدون استخدام معالجات الرسومات، سيتطلب الكمبيوتر العملاق ذو الأداء المماثل تثبيت أكثر من 50 ألف وحدة معالجة مركزية.

تبلغ تكلفة بناء الكمبيوتر العملاق 88 مليون دولار، وتبلغ نفقات التشغيل السنوية حوالي 20 مليون دولار، ويعمل في الصيانة حوالي 200 متخصص. مجال العمل الرئيسي هو البحث في إنتاج النفط والديناميكا الهوائية. تم الإعلان عن "الوصول المفتوح" إلى الكمبيوتر العملاق، والذي يسمح نظريًا باستخدامه من قبل البلدان الأخرى.

9. فيرمي (إيطاليا) - 1.7 بيتافلوب

في المركز التاسع فيرمي. نظامنشرعلى خوادم اتحاد Cineca غير الربحي، والذي يضم 54 جامعة ومنظمة بحثية إيطالية.يتكون Fermi من 10240 معالج PowerA2 بتردد 1.6 جيجا هرتز، مع 16 نواة لكل منها. في المجموع، يحتوي الكمبيوتر على 163.840 نواة معالجة.يأتي كل معالج مزودًا بذاكرة وصول عشوائي (RAM) تبلغ 16 جيجابايت (1 جيجابايت لكل نواة).يتم استخدام فيرمي من قبل فرق البحث الإيطالية والأوروبية لإجراء الحسابات اللازمة في مشاريع بحثية واسعة النطاق تهدف إلى حل المشاكل الأساسية في العلوم والتكنولوجيا.تم تسمية النظام على اسم إنريكو فيرمي، عالم الفيزياء النووية الإيطالي.

10. مجموعة DARPA الفرعية التجريبية (الولايات المتحدة الأمريكية) - 1.5 بيتافلوب

هذا النظام عبارة عن خادم IBM Power 775 مزود بـ 63,360 نواة، والذي يحقق أداء يصل إلى 1.5 بيتافلوب. لا توجد معلومات أخرى في الوقت الراهن.

ختاماً…

التطوير الروسي - الكمبيوتر العملاق Lomonosov، المملوك لجامعة موسكو الحكومية والذي يحمل اسم M.V. لومونوسوف، في هذه القائمة (في نهاية عام 2012)، يحتل المرتبة الثانية والعشرين. وكان أداؤه 0.9 بيتافلوب. يشير المصنعون الروس بالإجماع إلى أن الافتقار إلى التمويل الكافي هو السبب الرئيسي لعدم احتلال السيارات المحلية مناصب قيادية في التصنيف الدولي.

النوع الرئيسي من العقد التي توفر أكثر من 90% من أداء الكمبيوتر العملاق هو T-Blade2. تم إنشاء منصة الكمبيوتر العملاق هذه من قبل مهندسي T-Platform من الصفر - جميع لوحاتها ومكوناتها الميكانيكية هي تطورات خاصة بالشركة حاصلة على براءة اختراع. من حيث كثافة الحوسبة لكل متر مربع من المساحة، لا يوجد لدى T-Blade2 نظائرها في العالم. لذلك، على الرغم من كل شيء، يمكن للمصنعين الروس أن يفخروا بأنهم أنشأوا الكمبيوتر العملاق الأكثر "إحكاما" في العالم!