در لبه دانایی، چون سیمرغ ایرانی

پیوستن ایران به ۱۰ کشوری که توانایی طراحی و استفاده از ابررایانه‌ها را دارند همزمان با رونمایی از ابررایانه سیمرغ یکی از خبرهایی بود که هفته گذشته در بین اخبار انتخاباتی و سیاسی کمتر دیده شد. ابررایانه سیمرغ در مراسمی با حضور وزیر ارتباطات و رؤسای چندین دانشگاه کشور به طور رسمی رونمایی شد. توان پردازشی فعلی این ابررایانه بیش از یک پتافلاپس است که با ۵۰۰ پتافلاپس در روز کار خود را آغاز کرد و بعد از دو ماه در پایان فاز اول با ظرفیت کامل به کاربران خدمات ارائه خواهد کرد. ظرفیت پردازشی این ابررایانه تا ۵ پتافلاپس با استفاده از زیرساخت فعلی و تا ۱۰ پتافلاپس در فازهای بعدی قابل افزایش خواهد بود که چند هزار برابر سریع‌تر از پرقدرت‌ترین رایانه‌های رومیزی خواهد بود. این ابررایانه چیزی حدود ۱۰ برابر از ابررایانه قبلی کشورمان قوی‌تر است. همچنین توان پردازشی فعلی ابریارانه سیمرغ در کاربردهای فوق سریعی که به دقت محاسبات ۶۴ بیتی نیاز ندارند (مانند هوش مصنوعی یا یادگیری عمیق) تا انتهای فاز اول برابر با ۲۰ پتافلاپس خواهد بود. بستر محاسباتی ابریارانه سیمرغ بر مبنای فناوری مجازی‌سازی و رایانش ابری طراحی شده، مجازی‌سازی موجب افزایش بهره‌وری از منابع موجود و انعطاف‌پذیری در ارائه خدمات متنوع شده و همچنین امنیت داده‌ها را دو چندان می‌کند. از ابررایانه سیمرغ می‌توان در کاربردهای نوین مانند هوش مصنوعی، تحلیل کلان داده، اینترنت اشیا، تصویرسازی، بازی‌سازی و پویانمایی، شبیه‌سازی‌های علمی، هواشناسی، تحلیل داده‌های ژنتیک و دیگر کاربردهای علمی که به توان پردازشی بسیار نیاز دارند، استفاده کرد.

چرا ابررایانه‌ها؟

ابر رایانه یا Supercomputer به رایانه‌هایی گفته می‌شود که ظرفیت بالایی در محاسبات دارند. این واژه برای اولین بار در مجله نیویورک ورلد برای اشاره به جدول‌ساز‌های IBM در دانشگاه کلمبیا به کار رفت. این رایانه‌ها برای پردازش‌‎های سنگین به کار گرفته می‌شوند و برای سیستم‌‎هایی به کار می‌روند که قدرت پردازش اطلاعات فراوانی را در کسری از ثانیه داشته باشند؛ از این رو این ابزار‌های هوشمند برای آزمایش الگو‌های ریاضی در پدیده‌های پیچیده فیزیکی، شبیه‌سازی آب و هوای آینده، شبیه‌سازی پیدایش و تکامل کیهان، شبیه‌سازی و بررسی عملکرد راکتورها، تحقیقات بر روی مواد شیمیایی برای ساخت دارو‌های جدید، جوش هسته‌ای و در حوزه رمزنگاری استفاده می‌شود. برای طراحی و راه‌اندازی ابررایانه سیمرغ، حدود ۱۰۰ میلیارد تومان سرمایه‌گذاری شده است. هرچند ۱۰۰ میلیارد تومان در مقابل هزینه‌هایی که کشورهای همسایه در همین زمینه‌ها انجام می‌دهند بسیار ناچیز است، اما از این ابررایانه چه چیزی نصیب ما خواهد شد که ارزش چنین سرمایه‌گذاری هنگفتی را دارد؟  یک ابررایانه از صدها هزار هسته پردازشی استفاده می‌کند و برای خنک‌سازی و نگهداری به یک ساختمان کامل نیاز دارد. برای ساخت و نگهداری آنها به میلیون‌ها دلار نیاز است؛ اما با وجود این چالش‌ها، کشورهایی مانند آمریکا و چین همواره به دنبال ساخت ابررایانه‌های جدید هستند و روز به روز از ابررایانه‌های نسل جدید خود رونمایی می‌کنند! ابررایانه‌ها بازوهای قدرتمند علمی در همه‌ کشورها هستند. قدرت و سرعت این کامپیوترها به نوعی نشان‌دهنده توان علمی یک کشور است که دولت‌ها برای ارتقا و پیشرفت آنها برنامه‌های مشخصی دارند. برای نمونه، هنگامی که در سال ۱۹۹۶ ایالات متحده آمریکا تصمیم به خریداری یک ابررایانه از ژاپن را گرفته بود، با مخالفت مجامع علمی خود روبه‌رو شد.

شبیه‌سازی زیستی

شبیه‌سازی یکی از مهم‌ترین کاربردهای ابررایانه‌هاست. از ابررایانه می‌توان برای ارائه مدل کار سیستم عصبی یا مغز یک موجود استفاده کرد. در سال ۲۰۰۶ در فرانسه توانستند با استفاده از یک ابررایانه بخشی از مغز موش را شبیه‌سازی کنند. با این کار دانشمندان توانستند بفهمند که مغز چگونه پیام‌های عصبی را تولید و ارسال می‌کند. در سال ۲۰۰۹ دانشمندان توانستند با استفاده از ابررایانه به شبیه‌سازی یک درصد از مغز انسان بپردازند و امیدوارند تا ۱۰ سال آینده بتوانند به طور کامل مغز انسان را شبیه‌سازی کنند.

هواشناسی

ساده‌ترین کاربرد ابرکامپیوترها در علم هواشناسی است. ابررایانه‌ها می‌توانند با تحلیل داده‌ها و پردازش آنها الگوهای تغییرات آب و هوایی را پیش‌بینی کنند. با کمک این تحلیل‌ها می‌توان آمادگی لازم را در مقابل بسیاری از بلایای طبیعی، مانند طوفان‌ها، سیل وسونامی کسب کرد.

علوم مهندسی

ابرکامپیوترها در صنعت هوافضا نقش اساسی ایفا می‌کنند و بدون وجود آنها، ساخت و پرتاپ موشک‌ها و ماهواره‌ها غیر ممکن است. طراحی و شبیه‌سازی موتور جت و پیش‌بینی چگونگی حرکت آن، نحوه قرارگیری ماهواره‌ در مدار و جزئیات مصرف سوخت موتور فضاپیما از مواردی است که انسان به تنهایی قادر به محاسبه‌ آنها نیست، اما کامپیوتر‌های پیشرفته‌ امروزی در چند ساعت یا چند دقیقه تمام اطلاعات مورد نیاز را در اختیار مهندسان قرار می‌دهند.

صنایع نظامی

در صنایع هوایی و نظامی ابر رایانه‌ها با شبیه‌سازی الگوهای پرواز، مدل‌سازی پرواز و مسائل آیرودینامیک پرواز می‌توانند کمک خوبی در پیشرفت این فناوری داشته باشند. آزمایش تسلیحات و توان نظامی ارتش‌ها علاوه بر مخرب و پرهزینه بودن، توانمندی‌های نظامی هرکشور را برای دشمنان آشکار می‌کند. برای پیشگیری از این آسیب‌ها لازم است تا برخی شبیه‌سازی‌ها به کمک ابرکامپیوترها انجام شود. تعیین هدف دقیق برای موشک‌ها از مواردی است که این رایانه‌ها انجام می‌دهند. این‌گونه محاسبات باید با دقت بسیار بالا انجام شود و کوچک‌ترین خطا در یک ده هزارم اعشار هم می‌تواند مسیر حرکت موشک‌ها را به کلی تغییر دهد.

صنایع پزشکی

پروتئین‌ها یکی از اجزای بسیار اساسی‌ زیستی هستند که ساختار مولکولی سه بعدی و پیچیده‌ای دارند. آنها با تغییر اندکی در ساختار مولکولی‌، می‌توانند واکنش‌های متفاوتی را در بدن ایجاد کنند. بیماری‌هایی مانند آلزایمر با این پروتئین‌ها در ارتباط است؛ بنابراین شناخت ماهیت پروتئین‌های معیوب و چگونگی پروتئین‌های عادی، کلیدی است برای یادگیری اینکه چرا و چگونه چنین بیماری‌هایی رخ می‌دهند و راه درمان آنها چیست؟ شببیه‌سازی و بررسی پروتئین‌ها کار بسیار پیچیده و پر محاسبه‌ای است که از طریق ابررایانه‌ها انجام می‌شود. همچنین جریان خون، مسیر و سرعت آن، عواملی هستند که در کارکرد صحیح بدن نقش اساسی دارند. یکی از استفاده‌های پزشکی از ابررایانه‌ها شبیه‌سازی این فرآیندها در بدن است. برای نمونه، می‌توان با مقایسه عملکرد جریان خون در افراد مختلف به انواع اختلالات خونی و عملکرد آن پی برد.

نجوم

یکی دیگر از علومی که ابررایانه‌ها در پیشرفت آن نقش اساسی دارند، علم نجوم است. مدل‌سازی مسیر حرکت و رفتار اجرام آسمانی، بررسی توفان‌های خورشیدی، اثر آنها بر زمین و بررسی اینکه چگونه بعد از انفجار بزرگ، زمین، ستاره‌ها و اجرام دیگر در فضا شکل گرفته‌اند و اینکه چند سال از عمر جهان می‌گذرد؟ چقدر تا پایان عمر جهان باقی مانده است؟ اینها از سؤالاتی است که دانشمندان سعی در حل آن به وسیله ابررایانه دارند.

ابررایانه‌ها  مؤلفه‌  قدرت نرم

  کمتر از ۱۰ کشور صاحب فناوری ابررایانه‌ها هستند و ما وقتی به ۵۰۰ ابررایانه دنیا نگاه می‌کنیم، به این نتیجه می‌رسیم که بیشتر، مختص کشورهای محدودی از جمله آمریکا و چین هستند. با این حال با رونمایی از ابررایانه سیمرغ به جمع دارندگان ابررایانه می‌پیوندیم.

داده‌های اقتصادی، اجتماعی و فرهنگی به صورت مرتب در حال تولید است و هر تصمیمی که بخواهیم بگیریم، باید بر اساس تحلیل این داده‌ها باشد. به همین دلیل کشورهای مختلف سال‌هاست که بحث ابررایانه و موضوع ابر رایانش را در دستور کار خود قرار داده‌اند و سامانه‌هایی را توسعه داده‌اند که بتواند داده‌های بزرگ را تحلیل کرده و بر اساس آن تصمیمات منطقی اتخاذ شده را در اختیار سیاست‌گذاران قرار دهند.ابررایانه طیف وسیعی دارد و ما با داده‌های عالمانه و علمی مورد کاربرد در طرح‌های تحقیقاتی دانشگاه‌ها و با داده‌های اقتصادی، سیاسی و نظامی مواجهیم که همه این داده‌ها باید تحلیل شود و بر اساس آن راهکارهایی در اختیار متخصصان و متبحران قرار گیرد. در جهان هزینه‌های هنگفتی در این زمینه انجام می‌شود و ابررایانه‌هایی با پردازش‌های زیاد و سنگین تولید شده و این موضوع به قدری اهمیت دارد که هر سال ۵۰۰ ابررایانه بزرگ دنیا، رده‌بندی و اعلام می‌شود.هم اکنون داشتن ابررایانه به یکی از مؤلفه‌های قدرت نرم تبدیل شده و هر کشوری که ابررایانه دارد، مستقل است و خودش می‌تواند با سرعت داده‌های خود را تحلیل کند.متخصصان و محققان ایرانی که به پردازش سنگین داده‌ها نیاز دارند، مجبورند از کشورهای صاحب این فناوری نوبت بگیرند و مدت‌ها در صف بمانند تا داده‌ها را برای‌شان تحلیل کنند و گاهی اوقات این زمان شش ماه به طول می‌انجامد. این در شرایطی است که ما به اخذ سریع یک تصمیم نیاز داریم، اما تحلیل داده‌های ما زمان می‌برد.طراحی و پیاده‌سازی ابررایانه سیمرغ از یک سال پیش در دانشگاه امیرکبیر و با بهره‌گیری از توان متخصصان و دانش و توانمندی داخلی انجام شده؛ البته بخشی از تجهیزات سخت‌افزاری این طرح از خارج از کشور تأمین شد، اما طراحی آن بومی بوده است. این ابررایانه ظرفیت پردازشی در ابعاد نیم پتافلاپس دارد و با توسعه‌هایی که انجام می‌شود به ظرفیت یک پتافلاپس خواهد رسید.

وحید یزدانیان