رده بندی قدرتمندترین کامپیوترهای دنیا (ابررایانه ها)

قوی ترین کامپیوترهای علمی تخیلی آنقدر قدرتمند هستند که حجم عظیمی از داده ها را پردازش می کنند. بسیاری از کامپیوترهای شخصی مدرن در مقایسه با آنها شبیه اسباب بازی به نظر می رسند. اگر می‌خواهید بدانید که بزرگ‌ترین ابر رایانه های جهان کدامند و در کدام کشور واقع شده‌اند، ادامه این نوشتار از شهر سخت افزار را بخوانید تا با قدرتمند ترین ابر کامپیوتر دنیا آشنا شده و درباره آنها بیشتر بدانید.

قبل از شروع طبقه بندی ابررایانه ها، ابتدا باید ببینیم که چگونه قدرت آنها اندازه گیری می شود. کامپیوترهای قدیمی از نظر IPS یا "دستورالعمل در ثانیه" رتبه بندی می شدند، اما ابررایانه های مدرن از مقیاس FLOPS استفاده می کنند. در زیر لیستی از ابررایانه های سفارش داده شده از قوی ترین تا ضعیف ترین را مشاهده می کنید، البته حتی آخرین مورد این لیست را نیز نمی توان ضعیف نامید، اما همه چیز نسبی است.

چگونه ابر رایانه ها رتبه بندی می‌شوند؟

قبل از شروع رتبه ‌بندی ابررایانه ‌ها، ابتدا باید ببینیم قدرت آنها چگونه اندازه‌‌گیری می‌شوند. برای اندازه‌گیری قدرت کامپیوترهای قدیمی از مقیاس نسبتاً متوسطی به نام IPS استفاده می‌شد که همان تعداد دستورالعمل‌هایی است که یک پردازنده در ثانیه انجام می‌دهد.

اکنون اما قدرت ابر رایانه‌های مدرن با FLOPS یا همان عملیات ممیز شناور در ثانیه اندازه گیری می‌شوند. برای این کار نرم‌افزارهای مختلفی وجود دارد که به اندازه‌گیری قدرت قوی ترین کامپیوترهای دنیا می‌پردازد. همچنین در این زمینه وب‌سایت TOP500 را داریم که به صورت مستمر وضعیت ابر رایانه های جهان را رصد می‌کند. ما در این مقاله ابررایانه‌ ها را به ترتیب نزولی یعنی از قوی‌ترین به ضعیف‌ترین فهرست کرده‌ایم:

Frontier (آمریکا)

Frontier، قدرتمند ترین ابر کامپیوتر دنیا، در سال 2022 توسط شرکت فناوری اطلاعات چند ملیتی Hewlett Packard Enterprise و با همکاری یکی از زیرمجموعه‌های آن به نام Cray ساخته شد. این مجموعه را می‌توان اولین ابرکامپیوتر اگزامقیاس دانست؛ یعنی می‌توانست حداقل یک تریلیون محاسبه در ثانیه انجام دهد.

Frontier در مجموع 8730112 هسته دارد و در بنچمارک Linpack به امتیاز 1.1 اگزافلاپس رسیده است. این ابرکامپیوتر بر اساس آخرین معماری HPE Cray EX235a ساخته شده و ترکیبی از پردازنده‌های نسل سوم AMD 7A53s با 64 هسته و 2 گیگاهرتز و پردازشگرهای گرافیکی MI250X استفاده می‌کند.

فرانتیر همچنین بهینه‌ترین ابرکامپیوتر دنیاست که نرخ مصرف انرژی آن 52.23 گیگافلاپس بر وات اعلام شده است. هر یک از 74 قفسه پردازشی این ابرکامپیوتر حدود 3.63 تن وزن دارد و قیمت کل این ابررایانه به 600 میلیون دلار می‌رسد.

Fugaku (ژاپن)

Fugaku در سال 2020 توسط شرکت ژاپنی فوجیتسو به عنوان یکی از بزرگترین ابر رایانه های جهان ساخته شد. هدف از ساخت این ابر کامپیوتر حل بزرگ‌ترین مشکلات جهان به ویژه کمک به کاهش سرعت تغییرات اقلیمی بود.

Fugaku تا اواسط سال 2022 سریع‌ترین ابر رایانه دنیا بود، اما در نهایت جای خود را به Frontier داد. مجموع تعداد هسته‌های این ابر رایانه به 7630848 هسته می‌رسد و توان آن معادل 442 پتافلاپس اعلام شده و می‌تواند 442 کوادریلیون محاسبه در هر ثانیه انجام دهد.

دومین مورد در لیست قوی‌ترین ابرکامپیوترهای دنیا از پردازنده 48 هسته‌ای 2.2 گیگاهرتزی با نام A64FX استفاده می‌کند که نرخ مصرف انرژی آن 14.78 گیگافلاپس بر وات است. ارزش این سیستم بالغ بر 1 میلیارد دلار برآورد شده و هر قفسه آن 1.6 تن وزن دارد.

LUMI (فنلاند)

یکی دیگر از قوی ترین کامپیوترها، LUMI نام دارد که در سال 2022 توسط HPE ساخته شد و با حضور در فنلاند به سریع‌ترین ابرکامپیوتر اروپا تبدیل شد. LUMI در مجموع 1110144 هسته دارد و توان آن 151.9 پتافلاپس است.

ابرکامپیوتر LUMI از همان پردازنده فرانتیر استفاده می‌کند و نرخ مصرف انرژی آن به 51.64 گیگافلاپس بر وات می‌رسد. با این حساب، می‌توان آن را به عنوان دومین ابرکامپیوتر بهینه دنیا در نظر گرفت.

Summit (آمریکا)

ابرکامپیوتر Summit در سال 2018 توسط IBM و برای انجام تحقیقات علمی ساخته شد. این ابررایانه در آزمایشگاه ملی Oak Ridge آمریکا و در کنار فرانتیر قرار دارد. مجموع تعداد هسته‌های این ابررایانه به 2414592 رسیده و توان آن برابر 148.6 پتافلاپس است.

سامیت از پردازنده‌های 22 هسته‌ای 3.07 گیگاهرتزی POWER9 شرکت IBM و پردازنده‌های گرافیکی تسلا V100 انویدیا بهره می‌برد. میزان مصرف انرژی این دستگاه مشابه ابررایانه فوگاکو و برابر 14.72 گیگافلاپس بر وات است.

Sierra (آمریکا)

Sierra، قدرتمند ترین ابر کامپیوتر دنیا، در سال 2018 ساخته شد و ساختار آن مشابه Summit است. هر دو ابررایانه از معماری پردازنده 22 هسته‌ای POWER9 و پردازنده گرافیکی تسلا V100 بهره می‌برند. سامیت برای انجام تحقیقات علمی ساخته شده اما Sierra صرفاً به منظور شبیه‌سازی آزمایش‌ها و نگهداری سلاح‌های هسته‌ای آمریکا به وجود آمد.

اداره ملی امنیت هسته‌ای آمریکا یا همان NNSA با اجرای این شبیه‌سازی‌ها می‌تواند بدون نیاز به آزمایش‌های فیزیکی، اثربخشی سلاح‌های هسته‌ای را مورد آزمون قرار دهد. Sierra در مجموع 1572480 هسته داشته و توان آن به 94,64 پتافلاپس می‌رسد. این ابررایانه با نرخ مصرف انرژی 12.72 گیگافلاپس بر وات در زمره سوپرکامپیوترهای کم‌مصرف دنیا قرار دارد.

Sunway TaihuLight (چین)

چین با ساخت Sunway TaihuLight در سال 2016 توانست برای 2 سال اولین رتبه برترین ابر رایانه های جهان را به دست بیاورد. از جمله وظایف این ابررایانه می‌توان به مطالعه درباره علوم مختلف، پیش بینی آب و هوا و تحقیقات دارویی اشاره کرد.

Sunway TaihuLight دارای 41000 تراشه بوده که هر کدام 260 هسته پردازشی دارند. این یعنی در مجموع ابر کامپیوتر چینی 10649600 هسته دارد و با وجود اینکه در زمینه تعداد هسته و قدرت محاسباتی عالی است اما حافظه کمی دارد.

در واقع TaihuLight فقط 1.3 پتابایت حافظه رم داشته و این در حالی است که قدرت محاسباتی آن 93014.6 ترافلاپ است. اما این سوپر کامپیوتر با مصرف انرژی 15.3 مگاوات جزء ابررایانه‌های کم مصرف دنیا قرار دارد.

از این غول پردازشی چینی می‌توان برای ساخت سلاح هسته‌ای و امنیت سایبری هم استفاده کرد، TaihuLight در مرکز ملی تحقیقات مهندسی و فناوری محاسبات چین تولید و در مرکز ملی ابر رایانه‌ها در این کشور نصب شده است. در واقع TaihuLight پاسخ چین به تحریم‌های آمریکا بوده است.

Perlmutter (آمریکا)

Perlmutter یکی دیگر از قوی ترین کامپیوترهای دنیاست که توسط HPE در سال 2021 ساخته شده و نام خود را از «سال پرلموتر»، برنده جایزه نوبل گرفته است. این ابررایانه هم مانند دیگران برای کارهای مختلفی مثل شبیه‌سازی‌های همجوشی هسته‌ای، پیش‌بینی آب و هوا، تحقیقات مواد و بیولوژی و محاسبات کیهان‌شناسی ساخته شده است.

هفتمین مورد در میان قوی‌ترین ابرکامپیوترهای دنیا، در حال حاضر در مرکز ملی رایانش علمی تحقیقاتی انرژی (NERSC) در ایالات متحده قرار گرفته و در اختیار وزارت انرژی این کشور قرار دارد.

Perlmutter از پردازنده‌های 64 هسته‌ای AMD 7763 با فرکانس 2.45 گیگاهرتز و پردازنده‌های گرافیکی انویدیا A100 استفاده می‌کند. این دستگاه در مجموع 761856 هسته داشته و توان آن به 70.87 پتافلاپس می‌رسد. نرخ مصرف انرژی هم در این ابررایانه قدرتمند به 27.37 گیگافلاپس بر وات می‌رسد.

Selene (آمریکا)

قدرتمند ترین ابر کامپیوتر دنیا، یعنی Selene، در سال 2020 توسط انویدیا ساخته شد. این دستگاه در همان سال 2020 عملیاتی شد و توسط آزمایشگاه ملی آرگان برای تحقیق درباره ویروس کرونا و یافتن درمان احتمالی آن استفاده شد. همچنین Selene به آموزش مدل پردازش زبان طبیعی BERT گوگل کمک کرده است.

Selene در مجموع 555520 هسته دارد و توان آن به 63.46 پتافلاپس می‌رسد. این دستگاه بر اساس معماری انویدیا DGX SuperPOD ساخته شده و از پردازنده‌های 64 هسته‌ای AMD 7742 با فرکانس 2.25 گیگاهرتز بهره می‌برد. نرخ مصرف انرژی این ابر رایانه برابر 24 گیگافلاپس بر وات است.

EOS NVIDIA DGX (آمریکا)

Eos نام ابر رایانه جدید انویدیا است که باید آن را در رده نمه ابر رایانه های جهان و سریع دنیا به حساب آورد. انویدیا اعلام کرده که این ابر رایانه به صورت ویژه به منظور پردازش فرآیندهای هوش مصنوعی طراحی و بهینه سازی شده است.

ابر رایانه Eos دارای 576 سیستم DGX H100 است که درون هر کدام از آن‌ها هشت شتاب دهنده H100 قرار گرفته است. به این ترتیب باید Eos را میزبان چیزی در حدود 4608 شتاب دهنده H100 بدانیم.

همچنین انویدیا ابر رایانه Eos را به 1152 پردازنده Intel Xeon Platinum 8480C مجهز کرده است که هرکدام از آن‌ها دارای 56 هسته پردازشی هستند. ترکیب این پردازنده‌ها و شتاب دهنده‌های هوش مصنوعی موجب شده تا قدرت پردازشی Eos به 121.4 پتافلاپس برسد.

Leonardo(ایتالیا)

LEONARDO، یکی از قوی ترین کامپیوترهای دنیا بوده و به ابزارهایی مجهز است که امکان تنظیم مصرف انرژی را فراهم می‌کند، بنابراین می‌توان گفت که این ابررایانه تعادلی هوشمندانه بین صرفه جویی در مصرف انرژی و عملکرد برقرار کرده است. قیمت این ابرکامپیوتر برابر ۲۴۰ میلیون یورو بوده و وزن آن به ۱۵۰ تن می‌رسد.

در LEONARDO از ۱۴ هزار شتاب‌دهنده A100 انویدیا استفاده شده و انتظار می‌رود حداکثر قدرت این سیستم به ۱۰ اگزافلاپس برسد. سریعترین ابررایانه هوش مصنوعی جهان مبتنی بر نودهای BullSequana HX2000 ساخت شرکت «Atos» بوده که هرکدام از آن‌ها به پردازنده Xeon اینتل و چهار شتاب دهنده انویدیا A100 به همراه کارت Mellanox HDR InfiniBand با سرعت ۲۰۰ گیگابیت بر ثانیه برای ارتباطات مجهز شده‌اند.

جمع‌بندی و پاسخ به سوالات پرتکرار

دیدن اینکه ابررایانه ها چقدر قدرتمند هستند، شگفت انگیز است. کاری که برای انسان ها سال ها و برای رایانه های شخصی هفته ها طول می کشد، اکنون می تواند در چند ثانیه با استفاده از ابر رایانه ها انجام شود.

دیری نمی‌گذرد که Frontier جایگاه برتر فهرست قدرتمندترین ابررایانه‌های جهان را به رقبای خود واگذار می‌کند. سرعت توسعه فناوری شگفت انگیز است و امروزه هر لپ تاپ و کنسول بازی ویدیویی می تواند یک ابر رایانه باشد.

البته توان موجود در این دستگاه های گران قیمت و عظیم برای کاربران عادی مفید نیست. با این حال، می‌توانیم انتظار داشته باشیم که قدرت بسیار زیاد این ابزارهای پیچیده، زندگی ما را بهبود بخشد و هر روز به دستاوردهای بیشتری برسیم. در ادامه به چند سوال پرتکرار در این زمینه پاسخ داده‌ایم.

قوی ترین کامپیوتر های جهان متعلق به کدام کشور است؟

آمریکا با داشتن 5 ابررایانه Selene و Perlmutter و Sierra و Summit و Frontier در لیست 10 قدرتمند ترین ابر کامپیوتر دنیا توانسته جایگاه اول خود را در این لیست حفظ کند. البته رقابت سنگینی میان آمریکا و ژاپن و چین در این زمینه وجود دارد.

بیشترین تعداد ابر کامپیوتر در کدام کشور است؟

در پاسخ به این سوال باید بگوییم که شاهد رقابت تنگاتنگی بین سه کشور آمریکا و ژاپن و چین در زمینه پیشرفته ترین ابر کامپیوتر ها بوده و رده اول تا سوم دنیا میان این سه کشور در حال جابجایی است.