ابررايانه‌ها از جمله مظاهر فناوري‌هاي نوين به شمار مي‌آيند كه ادامه حيات طيف گسترده‌اي از ابر‌سيستم‌هاي پيچيده نظير آزمايشگاه عظيم سرن در اروپا تنها به فعاليت آنها بستگي دارد.درواقع ابررايانه، رايانه‌اي است که از نظر ظرفيت پردازش و بخصوص سرعت محاسبه از ديگر سيستم‌ها قوي‌تر باشد.اهميت اين موضوع موجب شده دانشمندان زيادي در سراسر جهان به فكر طراحي و ساخت نسخه‌هاي به روزتر و البته كارآمدتري از ابررايانه‌ها باشند.
ازجمله ويژگي هاي ابر رايانه ها : حل مسايلي که نيازمند سرعت محاسبه بالا هستند، ابررايانه ها اغلب هزاران پردازنده دارند، از همساني( parallelism)حجيم بهره مي گيرند و مسايل پيچيده ودشوار راحل مي کنندودر مراکز علمي ونظامي مشتري بيشتري دارند.

تاريخچه
 

ابر رايانه وسيله اي براي تبديل مسايل محاسبه اي به مسايل ورودي و خروجي است. كن باچر ابر رايانه اي است كه در زمان معرفي از نظر ظرفيت پردازش و به خصوص سرعت محاسبه ازديگر ماشين ها قوي تر باشد. اولين ابر رايانه ها در دهه 1960 به طور عمده در موسسه اطلاعات كنترل (CDC) توسط سيمور كري طراحي شد. كري تا دهه 1970 زماني كه براي تاسيس شركت خود پژوهشكده كري، از آن جدا شد آنرا هدايت مي كرد. كري بعدها با طرح هاي جديد خود بازار ابر رايانه را در دست گرفت و تا 25 سال (1965- 1990 ) بي رقيب ماند.
در دهه 1980به موازات توليد يك دهه قبل تر كامپيوتر كوچك هاشمار زيادي از رقيبان كوچكتر وارد بازار شدند اما بسياري از آنها در ركود بازار ابر رايانه هاي اواسط دهه 1990 ناپديد شدند. اين شركت ها بسياري از شركت هاي دهه 1980 را براي استفاده از تجاربشان خريداري كردند هر چند در طراحي ابر رايانه ها موسسه كري متخصص تر است. معناي كلمه ابر رايانه تا حدي متغير است، و ابر رايانه هاي امروزي فردا ديگر كاربردي نخواهند داشت همانگونه كه از كولاسوس (اولين رايانه الكترونيكي برنامه دار رقمي دنيا كه طي جنگ جهاني دوم رمز هاي آلماني ها را مي شكست) پيدا است. ماشين هاي اوليه ي سي دي سي (CDC) صرفا پردازنده هاي منفرد پر سرعتي بودند كه تا ده برابر سريع تر از سريع ترين ماشين هايي كه توسط ديگر شركت ها معرفي شده بودند كار مي كردند. در دهه 1970 بيشتر ابر رايانه ها براي استفاده از پردازنده برداري طراحي مي شدند و بسياري از بازيگر هاي تازه كار براي ورود به بازار پردازنده هايي از اين نوع را با قيمت ارزان تر عرضه مي كردند. در دهه هاي 1980 و 1990 پردازنده هاي برداري جاي خود را به سيستم هاي پردازش موازي فشرده با هزاران سي پي يو (CPU) ساده اي داد كه برخي از آنها واحد هاي غير مرسوم و برخي طرح هاي متداول و سنتي بودند. امروزه طرح هاي موازي بر پايه ريزپردازنده هاي RISC غير مرسوم مانند Power PC يا PA_RISC قرار دارند.

ابزارهاي نرم افزاري
 

ابزار هاي نرم افزاري پردازش توزيعي API هاي استاندارد از جمله MPI وPVM و راه حل هاي نرم افزاري متكي بر منبع باز مانند Beowulf وOpenMosix كه كار ساخت نوعي از ابر رايانه هاي مجازي با استفاده از مجموعه هاي ايستگاه كار ها و خدمتگزار هاي عادي را تسهيل بخشيد ه است را شامل مي شود. فن آوري هايي مانند Rendezvous راه توليد خوشه هاي رايانه هاي ويژه را هموار ساخت. يك نمونه تابع تفسير توزيعي در برنامه كاربردي تركيبيShake 039 Apple است. رايانه هايي كه از نرم افزار Shake استفاده مي كنند كافي است فقط در شبكه در مجاورت يك ديگر باشند تا به طور خود كار منابع همديگر را پيدا و مورد استفاده قرار دهند. در حالي كه هنوز هيچ كس خوشه رايانه ويژه اي بهتر از ابر رايانه هاي سال گذشته نساخته است فاصله بين رايانه هاي روميزي يا حتي لب تاپ ها و ابر رايانه ها در حال ناپديد شدن است و اين احتمال وجود دارد كه اين روند با افزايش پشتيباني براي همساني(Parallelism) و پردازش توزيعي در سيستم عامل هاي رايانه هاي روميزي تداوم يابد. يك زبان برنامه نويسي آسان براي ابر رايانه ها مبحث تحقيقاتي باز و وسيعي را در علم رايانه به جاي مي گذارد.

كاربردها
 

ابر رايانه‌ها امروزه جزو ضروري ترين ابزار در برخي از تحقيقات به شمار مي‌آيند. به عنوان مثال در کاربردهايي مثل تحليل داده‌هاي يک سازمان اطلاعاتي و يا مدلسازي تغييرات جوي، حجم اطلاعات آنقدر زياد است که بدون استفاده از ابر رايانه ها کار مورد نظر انجام پذير نيست و يا زمان لازم براي انجام کارانقدر طولاني است که نتايج بدست امده ديگر مفيد نخواهند بود.
ابر رايانه ها براي كارهايي كه به محاسبات زياد و دقيق نيازمند است به كار مي رود از جمله: مسائل فيزيک کوانتوم ،پيش بيني وضع هوا، تحقيقات آب و هوايي ( كه شامل گرم شدن جهاني مي شود)، پيش‌بيني نقطه‌ي ورود گردباد به خشکي، پيش‌بيني تاثيرات زلزله، نمونه سازي مولكولي (محاسبه ساختارها و خصوصيات تركيب هاي شيميايي، درشت مولكول هاي زيستي، پليمرها، و بلورها)، شبيه سازي هاي فيزيكي (مانند شبيه سازي هوا پيما در تونل باد)، شبيه سازي انفجار جنگ افزار هاي هسته اي و تحقيقات در مورد هم جوشي هسته اي )، رمز گشايي و مانند آن استفاده مي شوند. دانشگاه‌هاي بزرگ، مراکز نظامي و آزمايشگاه‌هاي تحقيقات علمي بزرگ‌ترين کاربران آن هستند.

طراحي
 

ابر رايانه ها به دليل به كار گيري طرح هاي ابتكاري و جديد با سرعتي بيشتر از رايانه هاي متداول كار مي كنند. اين طرح ها آن ها را قادر مي سازد بسياري كارها را با وجود نياز به بررسي فني جزييات بغرنج به صورت موازي انجام دهند. آن ها بيشتر براي انجام گونه هاي خاصي از محاسبات تخصص دارند و در برابر بيشتر كارهاي محاسباتي عادي عملكرد ضعيفي از خود نشان مي دهند. سازمان دهي حافظه اين رايانه ها به دقت تنظيم شده است تا در تمام زمان ها پردازنده با داده ها و دستور العمل ها تغذيه شود. در واقع، بيشتر تفاوت پياده سازي بين رايانه هاي كند تر و ابر رايانه ها به خاطر طرح سازمان دهي حافظه و تركيب بندي اجزا است.
قانون Amdahl براي تمام سيستم هاي موازي صادق است. ابر رايانه ها تلاش زيادي را براي حذف توالي نرم افزاري اعمال كرده و براي شتاب دادن به تنگنا هاي باقي مانده از سخت افزار بهره مي گيرند
طراحي‌هاي مختلف ابرکامپيوترها براي حذف تتابع (serialization) نرم‌افزارها تلاش بسياري مي‌کنند و براي رفع مشکلات و تنگناهاي باقي مانده و تسريع آن‌ها از سخت‌افزار استفاده مي‌کنند.

چالش هاي ابر رايانه و فن آوري ها
 

• يك ابر رايانه توليد گرما مي كند و بايد خنك شود. خنك سازي بيشتر ابر رايانه ها يك مشكل HVAC بزرگ است.
• اطلاعات نمي تواند با سرعتي بيشر از سرعت نور بين دو جزء يك ابر رايانه جا به جا شود. به همين دليل ابر رايانه هايي كه چندين متر طول دارند بايد داراي زمان پاسخگويي دست كم يك دهم نانو ثانيه باشد. به اين خاطر در طرح ابر رايانه كري ساخت سيمور كري از كابل هاي كوتاه استفاده شده بود.
• ابر رايانه ها مقادير زيادي داده را در مدت زمان كوتاهي مصرف و توليد مي كنند. براي اطمينان از اين كه اطلاعات به سرعت منتقل و به درستي ذخيره و باز يابي مي شود به كاري بيشتر نياز است.

فن آوري هايي كه براي ابر رايانه ها شكل گرفته اند عبارتند از :
• پردازش برداري
• خنك سازي به كمك مايع
• دسترسي به حافظه نا يكنواخت(NUMA)
• لوح هاي شياري ( كه اولين نمونه آن بعدها RAID نام گرفت)
• سيستم فايل موازي
• تكنيك هاي پردازش
تكنيك هاي پردازش برداري اول بار براي ابر رايانه ها توسعه يافت و همچنان در برنامه هاي كاربردي با كارايي بالاوتخصصي مورد استفاده قرار مي گيرد. تكنيك هاي پردازش برداري به بازار مجتمع در معماري DSP ودستورهاي پردازش SIMD براي رايانه هاي همه منظور تحليل يافته است. خصوصا کنسول‌هاي جديد بازي‌هاي کامپيوتري از SIMD خيلي استفاده مي‌کنند و به اين دليل است که برخي توليدکنندگان ادعا مي‌کنند ماشين‌هاي بازي شان ابرکامپيوتر هستند. واقعيت اين است که برخي کارت‌هاي گرافيک توان محاسبه ي چندين ترافلاپ (teraFLOP) را دارند.

سيستم عامل
 

سيستم عامل آنها كه اغلب نسخه اي از لينوكس است با سيستم عامل هاي ديگر ماشين هاي كوچكتر تفاوتي ندارند. به هر حال از آنجا كه توسعه دهندگان سيستم هاي عامل منابع برنامه نويسي را محدود كرده اند رابط كاربري آن ها ضعيف تر است. و از اين واقعيت ناشي مي شود كه وقتي اين رايانه ها كه اغلب قيمتي برابر با صد ها هزار دلار دارند به بازار هاي خيلي كوچك فروخته مي شوند بودج

برنامه نويسي
 

معماري موازي ابر رايانه ها اغلب استفاده از تكنيك هاي برنامه نويسي خاصي را براي به كار گيري سرعت شان تحميل مي كند. كمپايلر هاي فرترن تك منظوره سريعتر از كمپايلر هاي زبان برنامه نويسي C و زبان برنامه نويسي++C كد توليد مي كنند بنا بر اين فرترن (fortran)زبان انتخابي برنامه نويسي علمي و بنابر اين زبان بيشتر برنامه هايي كه در ابر رايانه ها پياده مي شود است. براي بهره گيري از موازي بودن ابر رايانه ها در خوشه هاي با اتصال شل از PVM وMPI ودر ماشين هاي با حافظه مشترك و هماهنگ از OpenMP استفاده مي شود.
امروزه ابر رايانه ها طرح هاي يك بار توليد شونده هستند كه توسط شركت هاي سنتي مانندIBM وHP طراحي مي شوند


سايت تبيان
ارسال توسط کاربر محترم سايت : amuzesh2005