اين روزها ابركامپيوترها فقط مصارف محاسباتي يا دانشگاهي يا استفاده در پیش‌بینی آب‌وهوا ندارند و كاركردهایي فراتر از اين موارد پيدا كرده‌اند. ابركامپيوترها به نوعي نماد جنگ قدرت كشورها تبدیل شده‌اند. هر كشور سعي مي‌كند ابركامپيوتري قوي‌تر و سريع‌تر بسازد و از این طریق در برابر رقبا قدرت‌نمایی کند. ابركامپيوترها تنها اميد براي مقابله با حجم انبوه اطلاعاتي هستند كه روزانه توليد شده و با سرعت چندين برابر مي‌شوند. در واقع می‌توان گفت که پدید آمدن مفهوم Big Data بدون ابركامپيوترها قابل تصور نيست. شركت‌هاي بزرگ چند مليتي با انبوهي از اطلاعات، ديگر نمي‌توانند به اتاق‌هاي سرور و مراكز داده خود اكتفا كنند و به سراغ ابركامپيوترها رفته و سفارش ساخت يا اجاره آن‌ها را مي‌دهند. ساخت ابركامپيوتر به نوعي تجارت تبدیل شده و كسب‌و‌كاري پر سود به شمار می‌آید. مؤسسه Top500 در ماه ژوئن، فهرست جديد پانصد ابركامپيوتر برتر دنيا از نظر سرعت و قدرت را معرفي كرد كه در صدر آن‌ها، ابركامپيوتر سكويا قرار دارد. به همين بهانه، سعي كرديم نگاهي كوتاه به ده ابركامپيوتر اول اين فهرست بیاندازیم و از نظر سرعت، قدرت محاسباتي و پردازشي، كاركرد و كشور سازنده، آن‌ها را با يكديگر مقايسه كنيم. Dawning Nebulae از مركز ملي ابركامپيوتر چين هيولاي مركز ملي ابركامپيوتر شنزن (Shenzen National Supercomputer Center) با قدرت محاسباتي 1,27 پتافلاپ (در اوج بار كاري به 2,98 پتافلاپ نيز مي‌رسد) در فهرست پانصد ابركامپيوتر، جايگاه دهم را به خود اختصاص داده است. Nebulae در درون خود 120۶۴0 هسته مركزي پردازشگر از نوع Xeon X5650 دارد كه داخل 5200 سرور تيغه‌اي Dawning TC3600 قرار گرفته‌اند. تمامي اين سرورها و تجهيزات سخت‌افزاري توسط سوئيچ IS5000 و كانكتور Mellanox ConnectX InfiniBand QDR با سرعت 40 گيگابيت بر ثانيه به يكديگر متصل شده و اطلاعات را مبادله می‌کنند. ميزان بازده مصرف انرژي اين هيولا 492 مگافلاپ بر وات است كه از اين نظر دومين ابركامپيوتر كم‌مصرف جهان در ميان ده تاي اول به شمار می‌رود. پردازنده‌هاي گرافيكي آن نيز Nvidia Tesla C2050 است. Nebulae در فهرست ارائه شده در ژوئن 2010 دومين ابركامپيوتر پر‌قدرت جهان بود. اين ابركامپيوتر از معماري‌هاي كلاستر‌سازی براي ذخیره اطلاعات استفاده مي‌كند و دومين ابركامپيوتر بزرگ كشور چين است كه با ظرفيت 1,7 پتابايت توسط مؤسسه ملي Dawning Information Industry با اهداف تجاري و سرويس‌دهي به شركت‌هاي بزرگ ديگر در پردازش اطلاعات ساخته شده است. Curie از مركز تحقيقاتي PRACE فرانسه Curie يكي از چهار ابركامپيوتر برتر اروپا با سرعت محاسباتي 1,36 پتافلاپ و ۷۷۱۸۴ هسته پردازشگر است. از نظر تعداد پردازنده كوچك‌ترين ابركامپيوتر در فهرست ده تاي اول است اما به‌عكس، مصرف انرژي بالايي دارد و بازده آن ۶۰۳ مگافلاپ بر وات است. Curie كه توسط مركز تحقيقاتي PRACE اروپا ساخته شده است، به طور كلي از پنج پتابايت هاردديسك با قابليت پشتيباني از سرعت‌هاي صد گيگابيت بر ثانيه، ده‌پتابايت نوار مغناطيسي و حافظه كش يك پتابايتي استفاده مي‌كند و بستر شبكه ارتباطي آن نيز InfiniBand QDR است. ويژگي خاص اين ابركامپيوتر اين است كه از سه نوع نود Fat، Hybrid و Thin استفاده مي‌كند كه هريك، از يك نوع پردازنده و پردازنده گرافيكي استفاده مي‌كنند و مقدار حافظه رم و هاردديسك‌ها در كنار نوع سرور متفاوت است. به عنوان مثال، نودهاي Fat از پردازنده هشت هسته‌اي Nehalem-EX X7560 با سرعت 26/2 گيگاهرتز استفاده مي‌كنند در حالي كه نودهاي Thin از پردازنده هشت هسته‌اي E5-2680 با معماري سندي‌بريج بهره مي‌برند. در حقيقت طراحي سه نوع نود اجازه مي‌دهد تا متناسب با پردازش‌هايي كه بايد صورت گيرد، از يك سري نود استفاده شود. پردازنده‌هاي گرافيكي استفاده شده در اين نودها نيز Nvidia M2090 است. از گفتني‌هاي ديگر درباره اين هيولا اين است كه از سرعت‌هاي نجومي مانند 250 گيگابيت بر ثانيه براي انتقال اطلاعات استفاده مي‌كند و ظرفيت ذخيره‌سازي آن در مجموع برابر با 7600 سال فايل MP3 است. JuQueen از آیبیام در مؤسسه Julich آلمان از ده ابركامپيوتر برتر دنيا، چهار ابركامپيوتر متعلق به شركت آیبیام است كه همگی از معماري سرورهاي بلوجین Q Blue Gene/Q)) استفاده مي‌كنند. JuQueen، براي مركز ابركامپيوتر Julich آلمان ساخته شده است و و در مجموع 131072 هسته دارد كه توان پردازش محاسباتي آن برابر 1,38 پتافلاپ است. هر رك استفاده شده در JuQueen به پردازنده‌هاي PowerPC A2 (16هسته‌اي) با سرعت 1,6 گيگاهرتز، 16 گيگابايت حافظه رم DDR3، كانكتورهاي شبكه اترنت 40 گيگابيتي و درگاه‌هاي ورودي/خروجي 10 گيگابيت بر ثانيه مجهز شده است. اين ابركامپيوتر به دلیل استفاده از معماري بلوجین Q، قابليت توسعه زيادي دارد و با افزودن تعداد رك‌ها مي‌توان قدرت محاسباتي و پردازشي آن را افزايش داد. تاكنون شش رك وارد شبكه شده‌اند اما در‌آينده‌اي نزديك اين تعداد بيشتر خواهد شد و به هشت رك مي‌رسد. این ابر کامپیوتر با مصرف یک وات انرژی به‌ازای هر ۲۰۶۹ مگافلاپ، یکی از کاراترین ابرکامپیوترهای دنیا است. FERMI از آیبیام در دانشگاه‌هاي ايتاليا FERMI دومين ابركامپيوتر آیبیام مبتني بر معماري بلوجین Q در فهرست ده ابركامپيوتر برتر است که براي كارهاي تحقيقاتي دانشگاه‌هاي ايتاليا و دیگر نقاط اروپا استفاده مي‌شود و قدرت آن 1,73 پتافلاپ با 163840 هسته (10240 پردازنده PowerA2 شانزده هسته‌ای) است. هر هسته داراي يك گيگابايت رم است كه در مجموع 16 گيگابايت حافظه رم براي هر پردازنده و مقدار 163840 پتابايت رم كل ابركامپيوتر مي‌شود. مقدار ظرفيت ذخيره‌سازي اطلاعات روي آن نيز دو پتابايت با سرعت انتقال اطلاعات 100 گيگابيت بر ثانيه است. با اين مشخصات اوج سرعت محاسباتي FERMI به 2,1 پتافلاپ خواهد رسيد. اين ابركامپيوتر از طريق دانشگاه‌هاي سراسر ايتاليا و دیگر مناطق اروپا قابل دسترسي است و مراكز تحقيقاتي مي‌توانند پروژه‌هاي محاسباتي خود را روي آن اجرا كنند. اين ابركامپيوتر به واسطه بهره‌گیری از معماري بلوجین Q، مصرف انرژي بسیار مناسبي دارد و جزء ابركامپيوترهاي کم مصرف به شمار می‌رود. Cray Jaguar از OLCF امريكا ين ابركامپيوتر متعلق به مركز خدمات محاسباتي Oak Ridge در شهر تنسي است. قدرت محاسباتي آن به گزارش مؤسسه Top500 برابر 94/1 پتافلاپ است اما سايت اين ابركامپيوتر، از قدرت محاسباتي 2,33 پتافلاپ سخن مي‌گويد. در ساخت Cray Jaguar که از سال 2009 با هدف ايجاد مركزي براي حل مسائل پيچيده محاسباتي شروع شده، از 298592 هسته پردازشی استفاده شده است كه با انجام تنها ۳۷۷ مگافلاپ محاسبه به ازای هر وات، یکی از کم بازده‌ترین ابر کامپیوترهای این فهرست است . جالب است كه Cray Jaguar جزء معدود ابركامپيوترهايي است كه از پردازنده‌هاي شش هسته‌اي AMD Opteron استفاده مي‌كند. كل حافظه رم استفاده شده براي اين هيولا 362 ترابايت و فضاي ذخيره‌سازي اطلاعات آن ده پتابايت است. اين ابركامپيوتر مي‌تواند در يك ثانيه نزديك به 573 ترابايت اطلاعات را از طريق پهناي باند حافظه‌هاي رم خود جابه‌جا كند. اين وضعيت براي درگاه‌هاي ورودي/خروجي (I/O) برابر با 284 گيگابايت بر ثانيه است؛ سرعتی كه در نوع خود، يكي از بزرگ‌ترين پهناي باندهاي موجود به شمار می‌رود. Tianhe-1a از مركز ابركامپيوتر تيانجين چين این ابر کامپیوتر که دومين ابركامپيوتر كشور چين در فهرست ده ابركامپيوتر برتر دنيا است، در سال 2010 نیز قدرتمندترين ابرکامپیوتر دنیا شناخته شد و سر و صداي زيادي به‌پا كرد. این ابرکامپیوتر براي نخستین‌بار باعث شد چين در صدر كشورهاي دارنده ابركامپيوتر قرار بگيرد و فضاي رقابتي ابركامپيوترها داغ‌تر شود. بسياري از كارشناسان، Tianhe-1a را يكي از دلايل سرمايه‌گذاري مضاعف امريكا در حوزه ابركامپيوترها و پاسخ به نوعي تهديد براي اين كشور، قلمداد مي‌كردند كه در نتيجه آن ابركامپيوترهايي مانند سكويا به وجود آمدند. اين ابركامپيوتر داراي قدرت محاسباتي 2,57 پتافلاپ با 186386 هسته پردازشی است و در صنعت نفت و آب‌وهوا استفاده مي‌شود. از نظر تعداد پردازنده از ابركامپيوترهايي مانند Cray Jaguar تعداد كمتري پردازنده دارد و از این رو بازده آن از Cray Jaguar بیشتر است، اما باز هم با انجام ۶۳۵ مگافلاپ محاسبه به ازای هر وات، هنوز تارسیدن به بازده بالا راه زیادی در پیش دارد. پردازنده‌هاي استفاده شده در Tianhe-1a از دو مدل Xeon E5540 و Xeon 5440 هستند و پردازنده‌های گرافیکی آن نيز AMD Radeon HD 4870X2 است. SuperMUC از گارچين مونيخ آلمان اين ابركامپيوتر نيز براي كاربردهاي علمي دانشگاه‌هاي آلمان است و با تعداد 147456 هسته پردازشگر كه در مقايسه با ابركامپيوترهاي ديگر كمتر است، قدرت محاسباتي بيشتري، معادل 2,9 پتافلاپ ارائه مي‌كند. 300 ترابايت حافظه رم، استفاده از زيرساخت شبكه Infiniband FDR10 و اتصالات با سرعت 10 گيگابيت بر ثانيه، فضاي ذخيره‌سازي اطلاعات چهار پتابايتي NAS، فضاي ذخيره‌سازي اطلاعات 10 پتابايتي از نوع GPFS و 30 پتابايت فضاي ذخيره‌سازي از نوع نوار مغناطيسي، ویژگی‌های كلي اين ابركامپيوتر هستند. پردازنده‌هاي استفاده شده در آن Xeon-EP و Xeon-EX هستند. در SuperMUC از فناوري‌هاي پيشرفته مجازي‌سازي و كلاسترينگ، پردازش‌هاي موازي، خنك‌كنندگي مایع و سيستم‌هاي تركيبي استفاده شده كه نتيجه آن قدرت محاسباتي بالا با وجود تعداد كمتری پردازنده و حتي كابين‌هاي سرور است. اين ابركامپيوتر يكي از بهترين‌ها در نوع خود در آلمان و اروپا و يكي ديگر از دستاوردهاي شركت آیبیام است. فلاپ چيست؟ فلاپ واحد شمارش تعداد پردازش‌هاي انجام شده در يك ثانيه است. مبناي پردازش‌ها نيز محاسبات اعداد مميز شناور هستند. مثلاً ضرب دو عدد اعشاري يك فلاپ به شمار می‌آید. سريع‌ترين ابركامپيوتر جهان مي‌تواند 16,32 پتا فلاپ محاسبه را در يك ثانيه انجام دهد. اين ميزان از محاسبه برابر است با ۱۰۱۵×16,32محاسبه اعشاري. Mira آیبیام از آزمايشگاه ملي آرگون امريكا باز هم يك ابركامپيوتر ديگر از آیبیام و باز هم معماري بلوجین Q. فاصله تعداد هسته‌هاي پردازشگر و قدرت محاسباتي «ميرا» با ابركامپيوترهاي قبلي بسيار زياد است: 786432 هسته و 8,16 پتافلاپ. این ابر کامپیوتر با انجام ۲۰۶۹ مگافلاپ محاسبه به ازای هر وات توان مصرفی، یکی از پر‌بازده‌ترین ابرکامپیوترهای دنیا است. البته مسئولان اين آزمايشگاه ادعا مي‌كنند سرعت واقعي اين ابركامپيوتر ده پتافلاپ است. ميرا از 48 رك بزرگ تشكيل شده كه هر رك شامل 1024 نود و پردازنده‌هاي 16 هسته‌اي با سرعت 1,6 گيگاهرتزي است. براي هر نود 16 گيگابايت حافظه رم در نظرگرفته شده است كه در مجموع، حافظه رم 768 ترابايت مي‌شود. همچنين اين نودها در مجموع يك فضاي ذخيره‌سازي 35 پتابايتي دارند. در اين ابركامپيوتر از 382 نود ورودي/خروجي (I/O) استفاده شده و حداكثر سرعت پهناي باند اتصلات دروني رك‌ها 240 گيگابايت بر ثانيه است. تبديل واحدها كيلو = 10 به توان 3 مگا = 10 به توان 6 گيگا = 10 به توان 9 ترا = 10 به توان 12 پتا = 10 به توان 15 اگزا = 10 به توان 18 زتا = 10 به توان 21 يوتا = 10 به توان ۲۴ چگونه توان محاسباتي ابركامپيوترها اندازه‌گیری می‌شود؟ براي محاسبه سرعت و قدرت محاسباتي ابركامپيوترها از نرم‌افزار بنچ‌مارك LINPACK استفاده مي‌شود. اين نرم‌افزار كه با زبان فورترن در سال 1970 نوشته شده است، قابليت اجرا روي سكوهاي مختلف را دارد و با روش جبر خطي (BLAS) تعداد محاسبات اعشاري ابركامپيوترها را در هر ثانيه محاسبه کرده و نمايش مي‌دهد. در حقيقت اين نرم‌افزار با استفاده از توابع كتابخانه‌اي و زيربرنامه‌هاي ماتريسي و برداري سعی دارد تعیین کند در يك ثانيه چند محاسبه توسط ابركامپيوتر انجام مي‌شود. مؤسساتي مانند Top500 سعي مي‌كنند تنظيمات LINPACK را روي حالت بهينه شده قرار دهند تا بهترين كارايي و نتايج به دست آيد. Fujitsu K Computer از رايكن ژاپن دومين ابركامپيوتر قدرتمند جهان متعلق به شركت فوجيتسو است که پس از سال‌ها تلاش و كار به رده دوم رسيده است. اين ابركامپيوتر كه در مؤسسه علوم محاسباتي پيشرفته RIKEN ژاپن در حال فعاليت است، سرعتي برابر 10,51 پتافلاپ با 705024 هسته پردازشگر و بازدهی برابر 830 مگافلاپ بر وات دارد. بنابراين K Computer يكي از کم بازده‌ترین ابركامپيوترها است.جالب است بدانيد که معماري اين ابركامپيوتر با ديگر نمونه‌های خود كاملاً متفاوت است و براساس يك معماري توزيع‌شده حافظه رم و پردازنده است. به اين‌صورت كه بيش از 80 هزار نود با يكديگر كلاستر شده‌اند و يك ابركامپيوتر با سرعت ده پتافلاپي را تشكيل داده‌اند. پردازنده اين نودها SPARC64 VIIIfx هشت هسته‌اي با سرعت دو گيگاهرتز ساخت خود شركت فوجيتسو است. فناوري ساخت اين پردازنده‌ها 45 نانومتري است. در مجموع از 864 كابين استفاده شده است كه هر كابين داراي 96 نود در كنار 6 نود ورودي/خروجي است. هر نود داراي 16 گيگابايت حافظه رم است و از سيستم خنك‌كنندگي جريان آب در آن استفاده مي‌شود. Sequoia از آزمايشگاه ملي لارنس ليورمور امريكا سكويا سريع‌ترين و قدرتمندترين ابركامپيوتر دنيا است. هيولايي كه شركت آیبیام براي آزمايشگاه ملي لارنس ليورمور در كاليفرنياي امريكا ساخته است. اين کشور روي اين پروژه سرمايه‌گذاري زيادي كرده است و هدفش ساخت ابركامپيوتري بوده كه تا سال‌ها رتبه نخست را از آن خود كند و به اين وسيله قدرتش را به رخ رقبا بكشد. سكويا كمي بيش از يك و نيم ميليون هسته پردازشگر دارد و توان محاسباتي آن 16,32 پتافلاپ است. يعني نزديك به 6 پتافلاپ از ابركامپيوتر رتبه دوم فاصله دارد. شركت آیبیام سرعت محاسباتي سكويا را محدود به 16 پتافلاپ ندانسته و از قدرت 20 پتافلاپ در آينده‌اي نزديك سخن گفته است. سرعت محاسباتي حیرت‌انگیزی كه اگر در عمل به دست آيد، تا سال‌ها مي‌تواند سكويا را بدون رقيب روي سكوي نخست نگه دارد (اين توان محاسباتي با توان محاسباتي دو ميليون كامپيوتر شخصي برابر است). سكويا از معماري بلوجین Q استفاده مي‌كند و شامل 96 كابين است كه هر كابين داراي 32 نود و هر نود داراي 32 كارت محاسبه است. روي هر كارت محاسبه نيز يك پردازنده 16 هسته‌اي PowerPC با سرعت 1,6 گيگاهرتز به همراه حافظه هشت گيگابايتي تعبيه شده است. كل حافظه مورد استفاده در سكويا برابر 1,6 پتابايت است. تمام كارت‌هاي محاسبه، نودها و كابين‌ها به وسيله كابل‌ها و زيرساخت‌هاي شبكه به يكديگر متصل هستند؛ به طوري‌كه در مجموع اين ابركامپيوتر از 3 پتابايت پهناي باند ارتباطي استفاده مي‌كند و مجموع پهناي باند حافظه آن 4 پتابايت است. ميزان فضاي ذخيره‌سازي اين هيولا نيز 50 پتابايت است. وزن هر نود برابر 32 كيلوگرم است. براي خنك‌كنندگي كارت‌هاي محاسبه و نودها از لوله‌هاي مسي جريان آب استفاده شده و در زير كابين‌ها و كف سكويا يكي از پيشرفته‌ترين سيستم‌هاي خنك‌كننده و سرمايشي جهان قرار گرفته است. همانند سایر کامپیوترهای مبتنی بر معماری بلوجین Q، سکویا نیز به ازای هر وات توان مصرفی ۲۰۶۹ مگافلاپ محاسبه را به انجام می‌رساند و انرژی مورد نیاز برای راه‌اندازی آن برابر مصرف انرژی ۷۲۰۰۰ خانه مسکونی است. سكويا در جولاي 2012 به طور رسمي افتتاح شد و كاربردهاي آن براي شبيه‌سازي‌ها و مدل‌سازي‌هاي فيزيكي و حل مسائل با فاكتورهاي غيرقطعي است.
