10 ابرکامپیوتر برتر جهان

ابرکامپیوترها می‌توانند نقش کلیدی در ارائه مزیت رقابتی به شرکت‌ها در حوزه هوش مصنوعی و کمک به آنها برای تبدیل شدن به پیشرو در این زمینه ایفا کنند. در رقابت شدید و فشرده‌ای که در توسعه هوش مصنوعی وجود دارد، توسعه‌دهندگان به دنبال راه‌های جدیدی برای به دست آوردن برتری هستند.

باتوجه‌به اینکه انویدیا به دلیل ارائه سخت‌افزارهای خود به عنوان پیشرو در زمینه هوش مصنوعی شناخته می‌شود، برخی سازمان‌ها در حال بررسی استفاده از محاسبات با کارایی بالا و ابرکامپیوترها به عنوان راهی برای کسب پیشرفت‌های تکنولوژیکی هستند.

در واقع، ایلان ماسک، در حال انجام همین کار است تا سیستم هوش مصنوعی خود، یعنی «گروک»، را بهتر از رقبایش کند. اگرچه تمام ابرکامپیوترها به هوش مصنوعی اختصاص ندارند، اما بسیاری از آنها قابلیت‌های دوگانه دارند یا می‌توانند به راحتی با راه‌حل‌های هوش مصنوعی تجهیز شوند. با توجه به این موضوع، در این مقاله به بررسی ۱۰ ابرکامپیوتر برتر می‌پردازیم که نشان‌دهنده اوج قدرت محاسباتی هستند.

۱۰-  Summit از شرکت IBM

سامیت، ابرکامپیوتر ساخته شده توسط آی‌بی‌ام که در «آزمایشگاه ملی اوک ریج» در تنسی قرار دارد، نماد اوج قدرت محاسباتی است. این شاهکار تکنولوژیکی که در سال ۲۰۱۸ راه‌اندازی شد، دارای عملکرد قله‌ای ۲۰۰ پتافلاپس است که به آن این امکان را می‌دهد تا ۲۰۰ کوادریلیون محاسبه در ثانیه انجام دهد. در قلب ابرکامپیوتر سامیت، ۴,۶۰۸ نود قرار دارد که هرکدام از دو پردازنده IBM Power9 و شش کارت گرافیک NVIDIA V100 بهره می‌برد و با استفاده از فناوری ارتباطی سریع NVLink انویدیا به هم متصل شده‌اند.

توانایی‌های این ابرکامپیوتر تنها به قدرت محاسباتی محدود نمی‌شود. سامیت از نوامبر ۲۰۱۸ تا ژوئن ۲۰۲۰ رتبه اول فهرست معتبر TOP500 که سریع‌ترین ابرکامپیوترهای جهان را معرفی می‌کند، به خود اختصاص داد. این ابرکامپیوتر پیشرفته در زمینه‌های علمی مختلفی، از شبیه‌سازی الگوهای پیچیده آب و هوا و زلزله‌ها گرفته تا کمک به پیشرفت تحقیقات ژنومیک، مورد استفاده قرار گرفته است.

یکی از مهم‌ترین دستاوردهای سامیت، کمک به مبارزه با ویروس COVID-19 بود. این ابرکامپیوتر در عرض چند روز توانست ۸,۰۰۰ ترکیب شیمیایی را شبیه‌سازی کند و ۷۷ ترکیب مولکولی کوچک شناسایی کند که می‌توانستند قدرت ویروس را کاهش دهند. این موفقیت شگفت‌انگیز نشان‌دهنده ارزش بالای سامیت در تسریع کشف‌های علمی و مقابله با چالش‌های جهانی است.

۹-  Eos از شرکت NVIDIA

ابرکامپیوتر ایوس (Eos) از انویدیا، نمونه‌ای برجسته از توانایی این شرکت در زمینه هوش مصنوعی و محاسبات با عملکرد بالا است. این غول محاسباتی دارای ۵۷۶ سیستم DGX H100 است که هرکدام از هشت پردازنده گرافیکی H100 بهره می‌برد و در مجموع به ۴,۶۰۸ پردازنده گرافیکی می‌رسد.

معماری این سیستم به گونه‌ای طراحی شده که قادر به ارائه ۱۸.۴ اکسافلاپس عملکرد محاسباتی در حوزه هوش مصنوعی با دقت FP8 است. این دستاورد شگفت‌انگیز، ایوس را به رقیبی قدرتمند در دنیای ابرکامپیوترهای هوش مصنوعی تبدیل کرده و آن را به مراتب از مدل‌های قبلی خود برتر می‌کند.

در قلب ایوس، شبکه NVIDIA Quantum-2 با سرعت ۴۰۰ گیگابیت در ثانیه برای انتقال داده‌ها استفاده می‌شود که ارتباط سریع و بدون وقفه بین اجزای مختلف سیستم را امکان‌پذیر می‌کند. این فناوری ارتباطی پیشرفته به ایوس این امکان را می‌دهد تا در بنچمارک‌های LINPACK با دقت دوگانه، به Rmax معادل ۱۲۱.۴ پتافلاپس در ثانیه (PFlops/s) دست پیدا کند.

همچنین طراحی این ابرکامپیوتر شامل فناوری خنک‌سازی مایع (liquid cooling) است که در منیفولدهای رک (rack manifolds) که پشت سیستم‌ها قابل‌مشاهده است، نمایان می‌شود و تضمین می‌کند که مدیریت حرارتی بهینه برای عملکرد پایدار و با کارایی بالا فراهم شود.

ایوس نه‌تنها به‌عنوان نمایشگر قابلیت‌های فناوری انویدیا شناخته می‌شود، بلکه به‌عنوان ابزاری عملی برای پیشبرد تحقیقات در زمینه‌های علم اقلیم، زیست‌شناسی دیجیتال و آینده هوش مصنوعی (AI) نیز به کار می‌رود.

۸-  Selene از شرکت NVIDIA

ابرکامپیوتر سلن (Selene) از انویدیا نمونه‌ای بارز از توانایی‌های این شرکت در زمینه محاسبات با عملکرد بالا است. این غول محاسباتی شامل ۲۸۰ سیستم DGX A100 و ۲,۲۴۰ پردازنده گرافیکی Tensor Core است و در ژوئن ۲۰۲۰ جایگاه هفتم را در فهرست Top500 سریع‌ترین کامپیوترهای جهان به دست آورد. عملکرد چشمگیر سلن با ۶۳.۴ پتافلاپس (PFlops) در بنچمارک HPL، توانمندی‌های فوق‌العاده آن را نشان می‌دهد. همچنین، کارایی انرژی آن نیز قابل‌توجه است؛ به طوری که با دستیابی به ۲۰.۵۲ گیگافلاپس در هر وات، رتبه دوم را در فهرست Green500 به خود اختصاص داد.

علاوه بر قدرت محاسباتی بی‌نظیر، تنوع عملکردی سلن واقعاً آن را متمایز می‌کند. این سیستم قادر است طیف گسترده‌ای از وظایف مانند تحلیل داده‌های هوش مصنوعی تا یادگیری ماشینی سنتی و کاربردهای محاسبات با عملکرد بالا (HPC) را انجام دهد.

انویدیا از قابلیت‌های سلن برای تحقیقات داخلی خود استفاده می‌کند و از آن در زمینه‌های مختلفی مانند طراحی تراشه، توسعه مدل‌ها، رباتیک و فناوری خودروهای خودران بهره می‌برد. علاوه بر این، این ابرکامپیوتر در پیشبرد تحقیقات مرتبط با COVID-19 نقش مهمی ایفا کرده است. آزمایشگاه ملی آرگون از معماری سلن برای بررسی راه‌حل‌های احتمالی برای مبارزه با ویروس استفاده کرده است. این رویکرد چندبعدی نشان‌دهنده اهمیت سلن نه‌تنها به‌عنوان یک شاهکار فناوری، بلکه به‌عنوان ابزاری حیاتی برای حل چالش‌های دنیای واقعی است.

۷-  Perlmutter از شرکت HPE

ابرکامپیوتر پرلمتر (Perlmutter) که در مرکز محاسبات علمی تحقیقات انرژی ملی (NERSC) مستقر است، نمونه‌ای از پیشرفت‌های نوآورانه در زمینه محاسبات با عملکرد بالا محسوب می‌شود. این سیستم HPE Cray EX که به افتخار برنده جایزه نوبل یعنی «سول پرلمتر»، نام‌گذاری شده است، مجموعه‌ای چشمگیر از سخت‌افزارها را شامل می‌شود. در واقع این ابرکامپیوتر شامل ۱,۵۳۶ نود با شتاب‌دهنده‌های GPU و ۳,۰۷۲ نود بدون GPU است. در قلب سیستم پرلمتر، از پردازنده‌های AMD EPYC 7763 و پردازنده‌های گرافیکی NVIDIA A100 استفاده می‌شود که عملکرد بی‌نظیری را ارائه می‌دهند. این سیستم قادر است ۶۹.۵ پتافلاپس (PFLOPS) برای عملیات‌های GPU و ۱۵.۴ پتافلاپس برای محاسبات CPU را انجام دهد.

آنچه که پرلمتر را واقعاً متمایز می‌کند، سیستم ذخیره‌سازی انقلابی آن است. این ابرکامپیوتر از یک سیستم فایل ۳۵ پتابایتی فلش تمام‌قد (all-flash Lustre file system) بهره می‌برد که قادر است بیش از ۵ ترابایت بر ثانیه پهنای باند جمعی و ۴ میلیون عملیات ورودی/خروجی در ثانیه (IOPS) را ارائه دهد.

این زیرساخت، ذخیره‌سازی شگفت‌انگیز سرعت یک بافر پرفشار را با ثبات سیستم فایل موازی مبتنی بر دیسک ترکیب می‌کند و به محققان این امکان را می‌دهد که حجم عظیمی از داده‌ها را با سرعت‌های بی‌سابقه پردازش کنند. طراحی نوآورانه پرلمتر به قابلیت‌های شبکه آن نیز گسترش یافته است، جایی که از ارتباط‌دهنده HPE Cray Slingshot استفاده می‌کند تا ارتباط پرسرعت بین نودهای محاسباتی را فراهم کرده و دسترسی بی‌وقفه به شبکه‌های خارجی را ممکن می‌سازد.

۶-  Sierra از شرکت IBM

سیرا (Sierra) ابرکامپیوتر معرفی‌شده توسط اداره ملی امنیت هسته‌ای (NNSA) و آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور در سال ۲۰۱۸، نمونه‌ای از پیشرفت‌های پیشرفته در زمینه محاسبات با عملکرد بالا است. این دستگاه شگفت‌انگیز که در زمان رونمایی به‌عنوان سومین ابرکامپیوتر سریع جهان شناخته شد، توانایی دستیابی به عملکرد ۱۲۵ پتافلاپس (petaFLOPS) را دارد که معادل ۱۲۵ کوآدریلیون عملیات نقطه شناور (quadrillion floating-point operations) در هر ثانیه است.

در قلب قابلیت‌های شگفت‌انگیز سیرا، معماری ناهمگن آن قرار دارد که شامل ۱۷,۲۸۰ واحد پردازش گرافیکی NVIDIA Tesla V100 و ۸,۶۴۰ واحد پردازش مرکزی IBM Power9 است. این پیکربندی منحصربه‌فرد، به سیرا این امکان را می‌دهد که محاسبات را با کارایی شش تا ده برابر بیشتر از ابرکامپیوتر قبلی خود یعنی سکویا انجام دهد، در حالی که تنها مصرف انرژی آن به مقدار کمی افزایش یافته است.

 طراحی پیچیده ابرکامپیوتر شامل شبکه‌ای با سرعت ۱۰۰ گیگابیت در ثانیه برای انتقال سریع داده‌ها بین پردازنده‌ها و ظرفیت حافظه قابل توجه ۱.۳۸ پتابایت است که به آن اجازه می‌دهد شبیه‌سازی‌های پیچیده و محاسبات داده‌محور را با سرعت و دقت بی‌سابقه‌ای انجام دهد.

۵-  LUMI از شرکت HPE

ابرکامپیوتر لومِی (LUMI) با زیرساخت مدرن و یکپارچه، نمونه‌ای از تعهد اروپا به پیشرفت در زمینه محاسبات با عملکرد بالا است. این سیستم HPE Cray EX که در فنلاند قرار دارد، دارای ۳۶۲,۴۹۶ هسته است و توانایی دستیابی به عملکرد نظری بیش از ۵۵۰ پتابلاپس را دارد. با این ویژگی‌ها، لومِی به عنوان سریع‌ترین ابرکامپیوتر اروپا از ژانویه ۲۰۲۳ شناخته شده است.

در قلب معماری لومِی، ترکیبی قدرتمند از پردازنده‌های AMD EPYC با ۶۴ هسته و پردازنده‌های گرافیکی AMD Radeon Instinct قرار دارد که به‌طور ویژه برای کارایی و مقرون‌به‌صرفه بودن انتخاب شده‌اند. این سیستم با ۱.۷۵ پتابایت حافظه رم و ۱۱۷ پتابایت فضای ذخیره‌سازی، شامل یک پارتیشن فلش ۷ پتابایتی است که قابلیت پردازش داده‌های عظیم را به طور چشمگیری نشان می‌دهد.

 نکته قابل توجه دیگر، ویژگی‌های زیست‌محیطی برجسته لومِی است که تمامی عملیات آن با انرژی هیدروالکتریک تأمین می‌شود و گرمای تولید شده در آن برای گرمایش ساختمان‌های محلی استفاده می‌شود. این ویژگی‌ها لومِی را به یکی از سازگارترین ابرکامپیوترهای جهان با محیط زیست تبدیل کرده است.

۴-  Leonardo با همکاری شرکت‌های Atos و Leonardo

شرکت لئوناردو که در زمینه هوافضا فعالیت می‌کند، با همکاری آتوس، شرکت پیشرو در تحول دیجیتال، تکنولوژی‌های نوین ابرکامپیوتر را توسعه داده است. این همکاری منجر به ساخت یکی از قدرتمندترین ابرکامپیوترهای اروپا شده که در مرکز لئوناردو در جنوا، به عنوان بخشی از طرح Leonardo Labs نصب شده است.

این ابرکامپیوتر که با همکاری آتوس ساخته شده است، قدرت محاسباتی بسیار بالایی دارد و قادر است بیش از ۵ پتابلاپس پردازش کند که معادل ۵ میلیون میلیارد عملیات در ثانیه است. همچنین این ابرکامپیوتر یکی از نخستین‌ها در اروپا است که از آخرین نسل شتاب‌دهنده‌های NVIDIA A100 بهره می‌برد و بیش از ۱۰۰ واحد محاسباتی فوق‌پیشرفته را در خود جای داده است.

ظرفیت ذخیره‌سازی این سیستم نیز چشمگیر است و حدود ۲۰ پتابایت است. این شاهکار فناوری به‌عنوان مرکز عصبی تلاش‌های تحقیق و توسعه لئوناردو عمل می‌کند و از نوآوری در بخش‌های سنتی پشتیبانی کرده و در توسعه فناوری‌های جدید نقش دارد.

۳-  Fugaku با همکاری شرکت Fujitsu و RIKEN

ابرکامپیوتر فوگاکو (Fugaku) که به افتخار کوه فوجی نام‌گذاری شده است، از زمان معرفی در سال ۲۰۲۰، به دلیل عملکرد بالا در دنیای محاسبات، توجهات زیادی را به سمت خود جلب کرد. این ابرکامپیوتر که به طور مشترک توسط RIKEN و فوجیتسو توسعه یافته است، دارای ۷,۶۳۰,۸۴۸ هسته و قدرت محاسباتی ۵۳۷.۲۱ پتابلاپس است.

قلب فوگاکو در پردازنده‌های A64FX آن نهفته است که بر اساس معماری ARM v8.2-A ساخته شده‌اند و برای افزایش توان محاسباتی، از قابلیت‌های  SVE  (Scalable Vector Extensions) بهره می‌برند.

آنچه فوگاکو را متمایز می‌کند، تنها قدرت محاسباتی آن نیست، بلکه انعطاف‌پذیری بالای آن است. این سیستم به طور مداوم در رده‌بندی‌های جهانی از جمله TOP500، HPCG، HPL-AI و Graph500 در صدر قرار گرفته است که این امر توانمندی آن را در انجام انواع وظایف محاسباتی مختلف نشان می‌دهد.

همچنین توانایی فوگاکو در دستیابی به ۲.۰ اگزافلاپس در معیار HPL-AI، پتانسیل بالای آن را برای کاربردهای هوش مصنوعی نمایان می‌سازد. علاوه بر این، کارایی انرژی فوگاکو نیز قابل توجه است؛ در واقع مصرف برق آن ۲۹,۸۹۹.۲۳ کیلووات است که نشان‌دهنده تعهد توسعه‌دهندگان به ایجاد تعادل بین عملکرد بالا و پایداری است. این شاهکار فناوری تاکنون در کاربردهای عملی متعددی مانند تحقیقات مربوط به کووید-۱۹ و توسعه مدل‌های هوش مصنوعی زبان ژاپنی به کار رفته است.

۲-  Aurora با همکاری شرکت Intel و HPE

اینتل و HPE ابرکامپیوتر Aurora را معرفی کرده‌اند که یک دستاورد بزرگ در زمینه محاسبات با عملکرد بالا محسوب می‌شود و نشان‌دهنده توانمندی‌های مشترک این دو شرکت در توسعه فناوری‌های پیشرفته است. این ابرکامپیوتر در آزمایشگاه ملی آرگون وزارت انرژی ایالات متحده نصب شده است. پ و از سخت‌افزار بسیار خوبی بهره می‌برد.

در واقع اورورا دارای ۱۰,۶۲۴ واحد پردازشی است که هرکدام مجهز به ۲۱,۲۴۸ پردازنده Intel Xeon CPU Max Series و ۶۳,۷۴۴ واحد پردازنده گرافیکی Intel Data Center GPU Max هستند. این سیستم عظیم که مساحتی معادل دو زمین بسکتبال حرفه‌ای را اشغال می‌کند، قادر است قدرت محاسباتی بی‌نظیری ارائه دهد. انتظار می‌رود که این سیستم بیش از ۲ اگزافلاپس (Exaflops) توان محاسباتی نظری را به‌دست بیاورد.

قابلیت‌های اورورا فراتر از قدرت پردازشی خام است. این سیستم شامل بیش از ۱,۰۲۴ گره ذخیره‌سازی است که از ذخیره‌سازی شیء توزیع‌شده غیرهمزمان (DAOS) اینتل بهره می‌برد و ظرفیت عظیم ۲۲۰ پتابایت را با پهنای باند کلی ۳۲ ترابایت در ثانیه فراهم می‌آورد.

معماری حافظه یکپارچه و ارتباطات HPE Slingshot 11 تضمین می‌کنند که داده‌ها به‌طور بی‌وقفه در سراسر شبکه وسیع پردازنده‌ها جریان پیدا کنند. نکته قابل توجه این است که اورورا پیش‌تر توانسته است با رسیدن به ۱.۰۱۲ اگزافلاپس در ۸۷٪ از سیستم، جایگاه دوم سریع‌ترین ابرکامپیوتر جهان را از آن خود کند و تنها Frontier را در جایگاه بالاتر از خود ببیند.

این دستاورد چشمگیر، پتانسیل اورورا برای انقلابی در تحقیقات علمی حوزه‌های مختلف، از نقشه‌برداری مغز و فیزیک ذرات گرفته تا شبیه‌سازی‌های راکتور همجوشی را برجسته می‌کند.

۱- Frontier از شرکت HPE

فرانتیر (Frontier) ابرکامپیوتر HPE Cray است که در آزمایشگاه ملی اوک ریج (Oak Ridge National Laboratory) قرار دارد و به‌عنوان نمونه‌ای از اوج پیشرفت در محاسبات با عملکرد بالا شناخته می‌شود. این ابرکامپیوتر اگزاسکال که قادر به انجام بیش از یک کوینتیلیون محاسبه در ثانیه است، از ژوئن 2022 جایگاه اول در فهرست Top500 را به خود اختصاص داده است.

عملکرد برجسته فرانتیر ناشی از معماری آن است که پردازنده‌های AMD EPYC را با شتاب‌دهنده‌های AMD Instinct ترکیب کرده و از طریق شبکه Slingshot شرکت HPE به یکدیگر متصل شده‌اند.

توانایی‌های فرانتیر تنها محدود به قدرت محاسباتی آن نیست. این ابرکامپیوتر با نشان دادن کارایی انرژی بی‌نظیر، توانسته است در فهرست Green500 جایگاه اول را کسب کند و با عملکرد 62.68 گیگافلاپس به ازای هر وات، توجه‌ها را به سمت خود جلب کند.

این دستاورد نشان‌دهنده اهمیت ترکیب عملکرد بالا با پایداری انرژی در دوران محاسبات اگزاسکال است. زیرساخت فرانتیر با 74 کابینت HPE Cray EX که هر کدام بیش از 8,000 پوند وزن دارند و 90 مایل کابل شبکه که برای اتصال سیستم‌ها به‌کار رفته است، یکی از نکات برجسته و چشمگیر آن است.

همچنین، ظرفیت ذخیره‌سازی این ابرکامپیوتر فوق‌العاده است. در واقع سیستم Orion قادر است 700 پتابایت داده ذخیره کند و سرعت نوشتن آن از 35 ترابایت در ثانیه فراتر می‌رود.