لغت نامه ابر کامپیوتر را اینگونه تعریف می‌کند: « یک کامپیوتر با پردازنده مرکزی بسیار قوی». 

قدرت ابر کامپیوتر با تعداد عملیاتی که سیستم می‌تواند در یک ثانیه پردازش کند محاسبه می‌شود. 

این تعریف همیشه با پیشرفت تکنولوژی در حال تغییر است. کامپیوترهای شخصی سریع امروزه سرعت پردازش بسیار بالاتری نسبت به ابرکامپیوترهای چند دهه‌ی پیش دارند. تکنولوژی با سرعت عجیبی در حال تغییر است. 

اما یک ابرکامپیوتر واقعاً چیست؟ در این مقاله نگاه دقیق‌تری به ابرکامپیوترها می‌اندازیم. 

قوی‌ترین ابرکامپیوترهای دنیا 

سال‌هاست که امریکا، چین و ژاپن بر سر داشتن سریع‌ترین ابرکامپیوترهای دنیا رقابت دارند. « سریع» به معنی تعداد پتافلاپسی است که یک کامپیوتر می‌تواند انجام دهد. پتافلاپس هزار ترافلاپس و یا یک کادریلیون عملیات ممیز شناور در ثانیه است. 

در سال 2013 قوی‌ترین ابرکامپیوترهای موجود در دنیا 

• Cray Titan در اوک ریج تنسی با قابلیت پردازش 1759 پتافلاپس و

• IBM Sequoia در مرکز تحقیقات لیورمور با قابلیت پردازش 1717 پتافلاپس بودند. 

• با این حال در همان سال چین با ساخت NUDT Tianhe-2 در گوانژو با قابلیت پردازش 3386 رکورد زد. در سال 2016 Sunway TaihuLight ساخته شده در ووکسی چین توانست با قابلیت 9301 پتافلاپس لغب قوی‌ترین و سریع‌ترین ابرکامپیوتر دنیا را به خود اختصاص دهد. 

بنا به گفته‌ی وب‌سایت  Top500 بزرگ‌ترین ابرکامپیوتر در حال ساخت Summit است. این ابرکامپیوتر که در مرکز تحقیقات ملی اوک ریج ساخته شده است در تابستان 2018 راه اندازی خواهد شد. 

نگاهی عمیق‌تر به ابرکامپیوتر 

حال که همه چیز را درمورد سرعت ابرکامپیوترهای امروزی گفتیم نگاهی دقیق‌تر به کارکرد درونی این شاهکارهای تکنولوژی می‌اندازیم. برای مثال مشخصات  Sunway Taihulight را بررسی می‌کنیم: 

• پردازنده‌ی 1,45  گیگاهرتز sw26010 هرکدام با چهار گروه هسته. 

• هر گروه هسته دارای 64 هسته است که به طور کلی شامل 260 هسته بر گره می‌شود. 

• هر کابینت سیستم دارای 1024 گره است. 

• کل سیستم دارای 40 کابینت است. 

برای اتصال همه‌ی این کابینت‌ها سازندگان این سیستم شبکه‌ای با اتصالات pclE3.0. خودشان را ساخته‌اند که به آن Sunway Network می‌گویند. 

این شبکه سوئیچ‌ها را به مهم متصل می‎‌کند، منابع سخت افزار و همه‌ی ابرگره‌ها را با کابل‌های 7 اینچی که داده را با سرعت 70 ترابایت بر ثانیه را به اشتراک می‌گذارد. 

اما سریع‌ترین ابرکامپیوترهای دنیا کدامند؟ 

1- Sunway TaihuLight (چین) ، 10649600 هسته، 93014 ترافلاپس بر ثانیه 

2- Tianhe-2 MilkyWay-2 (چین): 3120000 هسته، 96233 ترافلاپس بر ثانیه 

3- Piz Daint (سوئیس): 361760 هسته، 59019 ترافلاپس بر ثانیه 

4- Gyoukou (ژاپن): 19860000 هسته، 19136 ترافلاپس بر ثانیه 

5- Titan (ایالات متحده): 560640 هسته، 17590 ثانیه 

6- Sequoia (ایالات متحده): 1572864 هسته، 17173 ترافلاپ بر ثانیه 

7- Trinity ( ایالات متحده): 979968 هسته، 14137 ترافلاپس بر ثانیه 

8- Cori (ایالات متحده): 622336 هسته، 01514 ترافلاپس بر ثانیه 

9- Oakforest-PACS (ژاپن): 556104 هسته، 13155 ترافلاپ بر ثانیه 

10- K Computer – Sparc64 (ژاپن): 705024 هسته، 10510 ترافلاپس بر ثانیه

ابرکامپیوترها در دست آزمایشگاه‌های پیشرفته و دولت‌ها در سراسر دنیا هستند. این شرکت‌ها نه تنها مورد احترام متخصصین کامپیوتر در سراسر دنیا هستند بلکه جنبه‌ی سیاسی نیز دارند. 

ابرکامپیوترها چه کاربردی دارند؟ 

چرا باید کسی نیاز به یک سیستم کامپیوتر داشته باشد که می‌تواند کادریلیون عملیات نقطه شناور را در ثانیه پردازش کند؟ 

در بین صنعت‌ها، دولت و ارتش نیاز به کامپیوترهای بسیار پرقدرت وجود دارد: 

صنعت

• General Electric که یک شرکت عظیم در زمینه‌ی صنعت هوافضاست با همکاری متخصصین آزمایشگاه ملی اوک ریج برای ساخت شبیه سازهای موتور جت بسیار پیشرفته همکاری کردند. شبیه سازی به شرکت General Electric کمک کرد تا به تکنولوژی دست یابد که باعث شد در مصرف نیرو صرفه جویی شود. 

• دانشمندان آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور از ابرکامپیوترها برای ساخت تکنیکی جدید برای جمع آوری داده زیرزمینی یافتند. این امر باعث شد تا صنعت نفت و گاز ایالات متحده راحت‌تر منابع نفتی را در خلیج مکزیک یافته و وابستگی امریکا را به نفت خارجی کاهش دهد. 

• مهندسین بوئینگ از ابرکامپیوترها برای ساخت شبیه ساز ناو هواپیمابر استفاده کردند که در نهایت باعث طراحی ایرودینامیک بهتر شده و باعث شد که ناو واقعی ساخته شده امن‌تر و به صرفه تر شوند. 

دولت 

• مرکز کنترل بیماری و دانشگاه کورنل با همکاری یک‌دیگر یک مدل از ویروس هپاتیت سی را با جزئیات شبیه سازی کردند. به این وسیله محققین توانستند چند روش درمانی جدید کشف کنند. 

• سازمان دفاع ایالات متحده از ابرکامپیوترها برای توسعه مدل آب و هوایی استفاده می‌کنند که به هواشناسان کمک می‌کند تا طوفان‌های موسمی و گردبادها را شناسایی و پیش‌بینی کنند. 

ارتش

• ارتش ایالات متحده از ابرکامپیوترهای مرکز تحقیقات ارتش برای اجرای شبیه سازی‌های پیشرفته استفاده می‌کند که به سربازان این فرصت را می‌دهد که موقعیت‌های خطرناک  را تجربه کنند. این تجربه باعث می‌شود تا سربازها بتوانند درموقعیت‌های واقعی بهتر عمل کنند. 

• یکی از عجیب‌ترین ابرکامپیوترهایی که توسط ارتش امریکا استفاده شد Condor Cluster نام داشت که توسط نیروی هوایی ایالات متحده در سال 2010 ساخته شد. مهندسین برای ساخت آن 1760 دستگاه کنسول سونی پلی استیشن3 را به هم متصل کردند تا هسته‌ی یک ابرکامپیوتر را بسازند. این ابرکامپیوتر قابلیت 500 ترافلاپس را داشت و برای کارهایی مثال تشخیص الگو، پردازش تصاویر ماهواره‌ای و اداره‌ی تحقیقات هوش مصنوعی به کار برده می‌شد. 

همانطور که می‌بینید ابرکامپیوترها در صنعت، دولت و ارتش کاربردهای بسیار زیادی دارد. 

آیا قدم بعدی کامپیوترهای کوانتومی است؟ 

هر پیشرفتی در سرعت ابرکامپیوترها باعث بالا رفتن تعداد ترانزیستورهای میکروپردازنده‌ها در ابعاد کوچک و کوچک‌تر است. هرچه این میکرومدارها کوچک‌تر می‌شوند بسیاری پیش‌بینی می‌کنند که قدم بعدی در ابرکامپیوترها دسترسی به کامپیوترهای کوانتومی است. 

کامپیوتر کوانتومی چیست؟ 

کامپیوترهای کوانتومی نوعی خاص از تکنولوژی کامپیوتر است. به جای میکروپردازنده‌های مبتنی بر ترانزیستور قدیمی دانشمندان در تلاشند تا ذرات زیراتمی را دستکاری کنند. 

ذرات زیراتمی براساس قوانین بسیار عجیب فیزیک کار می‌کنند که در چند سال اخیر کشف شده‌اند. با آزمایش تکنیک‌های مختلف برای کنترل وضعیت زیراتمی این ذرات دانشمندان امیدوارند بتوانند صفرها و یک‌های ترانزیستورهای قدیمی را با جایگزین یک و صفر این ظرات کوانتومی جایگزین کنند. 

نام دیگر این ذرات دو وضعیتی بیت‌های کوانتوم یا کوبیت هستند. 

جنبه‌های بسیار عجیب محاسبات کوانتوم این است که بسیاری از شرایط موجود این ذرات امکان ذخیره سازی چیزی بیشتر از تنها یک و صفر را دارند. 

آیا ابرکامپیوتر کوانتوم وجود دارد؟

دلیل این که در بین ده ابرکامپیوتر برتر نام کامیپوترهای کوانتومی دیده نمی‌شود این است که این کامپیوترها هنوز موجود نیستند. 

IBM امکان دسترسی آنلاین تا 20 سیستم کوبیت را به محققان می‌دهند. محققان معمولاً از کامپیوترهای کوانتوم برای محاسبات خاص و تحلیل‌هایی مثل شبیه سازهای شیمی استفاده می‌شود. 

سازندگان کامپیوترهای کوانتوم از قوانینی استفاده می‌کنند که تا چند سال پیش فقط در حد نظریه بودند. اما حال دانشمندانی که این سیستم‌ها را می‌سازند روابط خاصی را بین کوبیت و درهم تنیدگی کوانتومی تعریف می‌کنند. آن‌ها شرایط خاص کوبیت را به عنوان انسجام معرفی می‌کنند. درنتیجه راهی برای مقایسه‌ی این سیستم‌ها با سیستم‌های قدیمی وجود ندارد. 

سیستم‌های بزرگی که قرار است جایگزین ابرکامپیوترهای قدیمی شوند هنوز ثبات ندارند. برای مثال در آبان ماه سال 96 IBM اعلام کرد که یک کامپیوتر کوانتومی 50 کوبیت ساخته است. اما این سیستم می‌توانست میکرو استیت کوانتومی را تنها تا 90 میکروثانیه حفظ کند. 

کامپیوترهای کوانتومی آینده‌ی خوبی خواهند داشت اما در حال حاضر خیلی قادر به رقابت با ابرکامپیوترهای بتنی بر سلیکونی را ندارند. 

برای اینکه از تمامی اخبار در اولین فرصت مطلع شوید با کانال تلگرام ما با آی دی faceitmag@ و پیام رسان سروش ما با آی دی faceit_mag@ همراه باشید.