خلق کوچکترین ابررایانه جهان توسط یک هم استانی

کبنا ؛سیدمحمدباقر ملک حسینی عضو هیئت علمی گروه فیزیک دانشگاه ولی عصر(عج) رفسنجان و دانشجوی دکتری فیزیک حالت جامداست که بامطالعات 9ساله در اصول ابررایانه ها ظرف مدت یک ماه به ساخت این ابررایانه مبادرت نموده است.
این پژوهش که زیر نظر دکتر سید مهدی بیضایی انجام شده است متشکل از:
یک رایانه رومیزی دارای تجهیزات زیر
یک لپ تاپ دارای تجهیزات زیر
یک گوشی تلفن همراه دارای تجهیزات زیر
یک تبلت ده اینچی با این توضیح که هرتعداد دیگر رایانه نیزلازم باشد می توان به آن اضافه کرد وتنها شرط آنها داشتن سیستم عامل انروید ، لینوکس و یا ویندوز است. هزینه‌های بیشتری دارد.
در برخی از شاخه‌های علوم برای انجام کوچکترین آزمایش جدید نیاز به صرف هزینه‌هایی از چند هزار دلار تا چند میلیارد دلار است. حتی معلوم نیست که انجام آزمایش‌های با هزینه‌های اینچنین نتایج مورد نظر پژوهشگران را فراهم کند و معمولاً برای نیل به نتایج دلخواه نیاز به انجام ده‌ها و یا حتی هزاران آزمایش وجود دارد.
بنابراین روش‌های آزمایشی کم هزینه امروزه بسیار مورد توجه قرار گرفته است. در چند دهه اخیر با پیشرفت روش‌های مدل سازی ریاضی و همچنین رایانه‌ها، روش‌های شبیه سازی رایانه‌ای به عنوان کم هزینه‌ترین روش جایگزین معرفی شده‌اند. در گذشته بدلیل آنکه ابزار محاسباتی توانمند در اختیار پژوهشگران قرار نداشت از مدل‌های ریاضی مبتنی بر آنالیزهای جبری برای ساده‌تر کردن مسائل استفاده می‌شد.
ولی معمولاً مسائل واقعی دارای پیچیدگی‌های بسیار زیاد هستند و بسیاری از عوامل ناخواسته در جریان آزمایش‌ها وجود دارد که در عمل نمی‌توان همه آن‌ها را در مدل ریاضی جای داد. این امر باعث می‌شد که ساده سازی‌های غیر واقعی در مسأله در نظر گرفته شود.
در‌واقع اعتبار نتایج شبیه سازی به مدل ریاضی بکار رفته بستگی دارد. در سالهای اخیر به دلیل وجود رایانه‌های سریعتر مدل‌های مبتنی بر آنالیز عددی بسیار گسترش یافته‌اند و در کارهای صنعتی ، نظامی، تولید علوم جدید و … جای روش‌های آنالیزی را گرفته‌اند. هر چه مدل‌های ریاضی نزدیکتر به واقعیت شوند( هرچند ممکن است که شکل ساده‌تری نسبت به روش‌های آنالیزی پیشین خود داشته باشند) برای محاسبات نیاز به صرف زمان بیشتر و به دنبال آن رایانه‌های پرتوان‌تری دارند. هر چند هزینه تولید پردازشگرهای رایانه‌ها هر روز در حال کاهش است ولی سرعت پردازش آن‌ها به مرزهای خود رسیده است.
این مرزها به دلیل نبود دانش کافی یا هزینه پژوهش‌های جدید نیست بلکه بدلیل رسیدن به ابعاد بسیار کوچکی است که دیگر لایه‌های نیمه هادی مورد استفاده در این پردازشگرها دستخوش پدیده‌های کوانتومی شده و دیگر نمی‌توان آن‌ها را کوچکتر و سریعتر تولید کرد. بنابراین در طی ۱۰ سال گذشته رویکرد تولید کنندگان به سمت تولید پردازشگرهای موازی تغییر یافته است.
امروزه همه ما با واژه پردازشگر چند هسته‌ای مواجه شده‌ایم و بسیاری از رایانه‌های رومیزی، لپ تاپ‌ها، تبلت‌ها و حتی تلفن‌های همراه دارای دو یا چهار و یا تعداد بیشتر هسته در پردازشگر مرکزی در دسترس عموم قرار دارند. در‌واقع استفاده همزمان از همه هسته‌های پردازشگر مرکزی یک رایانه خود دانشی بسیار پیچیده است. می‌توان با قطعیت ادعا کرد که بیشتر نرم افزارهای مورد استفاده در این رایانه‌ها هرگز بیش از یک هسته از پردازشگر مرکزی را به کار نمی‌گیرند.
این در حالی است که برای شبیه سازی مسائل علمی ده‌ها، صدها و حتی در مواردی میلیون‌ها پردازشگر موازی مورد نیاز است. در حال حاضر تولید کنندگان پردازشگر توان تولید پردازشگرهای با چند صد هسته را دارند. اما هزینه تولید آن‌ها بسیار بالا است.
برای کاهش هزینه‌های تولید معمولاً چنین پردازشگرهایی دارای امکانات بسیار محدودتری نسبت به پردازشگرهای معمول هستند. مثلاً در پردازنده‌ها گرافیکی جدید حتی از یکهزار هسته نیز استفاده شده است ولی امکان دسترسی این پردازنده‌ها به حافظه رم بسیار محدود بوده و کارآیی آن‌ها به مسائلی خاص محدود می‌شود. برای استفاده همزمان از توان محاسبات سریعتر و پردازش حجم بالاتری از داده‌ها در یکزمان دو راه حل اساسی وجود دارد.
 
- استفاده از ابر رایانه‌های تولید شده توسط چند شرکت خاص که البته دارای سخت‌افزار و معماری بسیار ویژه‌ای هستند و تولید هر کدام از آنها مستلزم صرف زمان بسیار زیاد و هزینه‌های هنگفتی است. همچنین نگهداری و پشتیبانی فنی از آن‌ها نیز خود کاری بسیار پیچیده است. این خود باعث شده است که تعداد این ابر رایانه‌ها در سطح جهان از چند ده تا تجاوز نکند. همچنین این رایانه‌ها جزء ابزارهای استراتژیک محسوب شده و فروش آن‌ها در سطح جهانی کاملاً محدود است.برای نمونه می‌توان از ابر رایانه سکویا نام برد که دارای بیش از یک میلیون و پانصد هزار پردازنده می‌باشد.
2- استفاده از ابر رایانه‌ها خوشه‌ای. این ابر رایانه‌ها به صورت خوشه‌هایی متشکل از رایانه‌های معمولی هستند که بوسیله تجهیزات شبکه به همدیگر دسترسی دارند. در‌واقع طراحی و ساخت این نوع ابر رایانه‌ها بسیار ساده‌تر بوده و بیشتر مستلزم طراحی و تولید ابزارهای نرم‌افزاری است. در بخش بعدی این مقاله درباره ساختار این نوع به صورت تیتر وار بحث خواهد شد.