ابررایانه به رایانه‌ای اطلاق می‌شود که دارای قدرت پردازش فوق‌العاده‌ای است و می‌تواند میلیاردها محاسبه را در هر ثانیه انجام دهد. این سیستم‌ها معمولاً شامل هزاران پردازنده و حافظه‌های بسیار بزرگ هستند و به گونه‌ای طراحی شده‌اند که بتوانند به طور همزمان چندین کار را انجام دهند. ابررایانه‌ها معمولاً در مراکز داده بزرگ و با استفاده از فناوری‌های پیشرفته مانند پردازش موازی و ذخیره‌سازی توزیع شده مستقر می‌شوند.
تاریخچه ابررایانه‌ها به دهه 1960 میلادی برمی‌گردد. در آن زمان، اولین ابررایانه‌ها توسط شرکت‌هایی مانند IBM و Control Data Corporation ساخته شدند. یکی از اولین ابررایانه‌ها، CDC 6600 بود که در سال 1964 توسط Seymour Cray طراحی و تولید شد. این سیستم به عنوان سریع‌ترین رایانه جهان در آن زمان شناخته می‌شد و توانایی پردازش 3 میلیون دستور در ثانیه را داشت.
در دهه‌های بعد، با پیشرفت فناوری و افزایش نیاز به محاسبات پیچیده، ابررایانه‌ها به طور مداوم بهبود یافتند. در دهه 1980، ابررایانه‌ها به طور گسترده‌تری در زمینه‌های علمی و تحقیقاتی مورد استفاده قرار گرفتند. با ظهور اینترنت و افزایش حجم داده‌ها، نیاز به ابررایانه‌ها بیشتر از پیش احساس شد.
کشورهای پیشرو در زمینه ابررایانه‌ها
امروزه کشورهای مختلفی در زمینه توسعه و بهره‌برداری از ابررایانه‌ها پیشرو هستند. از جمله این کشورها می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
ایالات متحده آمریکا: آمریکا با داشتن شرکت‌هایی مانند IBM، Cray و NVIDIA، پیشتاز در زمینه توسعه ابررایانه‌هاست. ابررایانه‌هایی مانند Summit و Fugaku در این کشور قرار دارند.
چین: چین در سال‌های اخیر به سرعت در زمینه ابررایانه‌ها پیشرفت کرده است. ابررایانه‌هایی مانند Sunway TaihuLight و Tianhe-2 در چین قرار دارند و در رده‌های بالای فهرست سریع‌ترین ابررایانه‌های جهان قرار می‌گیرند.
ژاپن: ژاپن نیز با ابررایانه Fugaku که در سال 2020 به عنوان سریع‌ترین ابررایانه جهان شناخته شد، در این زمینه پیشرفت‌های چشمگیری داشته است.
کشورهای اروپایی: کشورهای اروپایی مانند آلمان، فرانسه و انگلستان نیز در زمینه ابررایانه‌ها فعالیت‌های زیادی دارند و ابررایانه‌هایی مانند JUWELS و MareNostrum را توسعه داده‌اند.
بهترین ابررایانه‌های دنیا
بهترین ابررایانه‌های دنیا براساس قدرت پردازش و توانایی انجام محاسبات پیچیده به شرح زیر هستند:
Fugaku: این ابررایانه که در ژاپن واقع شده، با قدرت پردازش 442 پتافلاپس (پتافلاپس معادل یک میلیون میلیارد محاسبه در ثانیه) به عنوان سریع‌ترین ابررایانه جهان شناخته می‌شود. Fugaku برای کاربردهای مختلفی از جمله تحقیقات پزشکی و شبیه‌سازی‌های آب و هوایی استفاده می‌شود.
Summit: این ابررایانه در ایالات متحده واقع شده و با قدرت پردازش 200 پتافلاپس، به عنوان یکی از سریع‌ترین ابررایانه‌ها شناخته می‌شود. Summit در زمینه‌های علمی و تحقیقاتی مانند شبیه‌سازی‌های مولکولی و تحقیقات ژنتیکی کاربرد دارد.
Sunway TaihuLight: این ابررایانه نیز در چین واقع شده و با قدرت پردازش 93 پتافلاپس، به عنوان یکی از سریع‌ترین ابررایانه‌ها شناخته می‌شود. TaihuLight در زمینه‌های مختلف علمی و صنعتی استفاده می‌شود.
Sierra: این ابررایانه نیز در ایالات متحده قرار دارد و با قدرت پردازش 94 پتافلاپس، در زمینه‌های نظامی و تحقیقات علمی کاربرد دارد.
Perlmutter: این ابررایانه که در ایالات متحده واقع شده، با قدرت پردازش 64 پتافلاپس، در زمینه‌های تحقیقاتی و علمی کاربرد دارد.
وضعیت ایران در حوزه ابرکامپیوترها
ایران ابررایانه‌های مختلفی را ساخته است که مهمترین آنها، ابررایانه‌های سیمرغ و مریم است. ابررایانه ملی سیمرغ، یکی از پیشرفته‌ترین پروژه‌های فناوری اطلاعات در ایران است که با همکاری وزارت علوم، تحقیقات و فناوری، وزارت ارتباطات و فناوری اطلاعات (پژوهشگاه ارتباطات و فناوری اطلاعات) و معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری و به همت اساتید و دانشجویان دانشگاه صنعتی امیرکبیر، در سال 1400 به بهره‌برداری رسید. نام این ابررایانه از پرنده افسانه‌ای ایران باستان، سیمرغ، الهام گرفته شده است.
این ابررایانه که قدرتمندترین ابررایانه ایران به‌شمار می‌رود، در بازه‌ای زمانی بیش از یک سال طراحی و توسعه یافت. بخش اعظم آن در داخل کشور تولید شده و بخشی از سخت‌افزارهای آن از خارج وارد شده است. هزینه طراحی و توسعه این پروژه ملی حدود 100 میلیارد تومان (معادل 4.5 میلیون دلار) برآورد شده است.
زیرساخت این ابررایانه در فضایی با مساحت تقریبی 250 مترمربع طراحی شده که امکان گسترش به 400 مترمربع را دارد. سیمرغ از ظرفیت 42 رک برخوردار است که در فاز بعدی قابل گسترش به رک‌های بیشتری خواهد بود. این ابررایانه براساس استاندارد سطح سوم (TIA-942) ساخته شده و توان پردازشی 5 پتافلاپس دارد که در مراحل توسعه به 10 پتافلاپس خواهد رسید.
برای استفاده از خدمات این ابررایانه، دفتر ارائه خدمات در فضایی با مساحت 180 مترمربع در برج فناوری 2 دانشگاه صنعتی امیرکبیر تأسیس شده است. برق مصرفی سرورهای سیمرغ از دو مسیر مستقل و افزونه از دو پست برق جداگانه تأمین می‌شود. افزونگی در مصرف برق، سیستم خنک‌سازی و سایر اجزای زیرساخت، برای دسترس‌پذیری بالا به طور کامل رعایت شده است.
ابررایانه سیمرغ دارای حدود 180 سرور پردازشی قدرتمند است که از آخرین نسل پردازنده‌های Intel Xeon Scalable و AMD EPYC بهره می‌برد. این سیستم همچنین بیش از یک پتابایت ظرفیت ذخیره‌سازی دارد که نیمی از آن از طریق فناوری ذخیره‌سازی نرم‌افزارمحور (SDS) و دیسک‌های NVMe و Intel Optane ایجاد شده است. این فناوری‌ها تا سه برابر سریع‌تر از SSDهای تجاری عمل می‌کنند.
در بخش پردازنده‌های گرافیکی، سیمرغ از مدل‌های RTX3090، V100S و A100 بهره می‌برد. پردازنده گرافیکی A100 با 40 گیگابایت حافظه از جدیدترین فناوری‌ها برای کاربردهای هوش مصنوعی، پردازش فوق سریع و تحلیل کلان‌داده استفاده می‌کند و یکی از قدرتمندترین ابزارها در این حوزه به‌شمار می‌رود.
زیرساخت شبکه این ابررایانه، پهنای باند 200 گیگابیتی اختصاصی با تأخیر حدود 300 نانوثانیه بین هر دو سرور و سرور با بستر ذخیره‌سازی را فراهم کرده است. این ویژگی برای کاربردهای محاسبات فوق سریع (HPC) و تحلیل کلان‌داده که به اتصال کلاستری مجموعه‌ای از سرورها نیاز دارند، بسیار حیاتی و موثر است.
ابررایانه مریم
برنامه‌ریزی‌ها برای توسعه ابررایانه بعدی ایران، با نام "مریم"، از سال‌های گذشته آغاز شده است. این ابررایانه که نام آن از مریم میرزاخانی، ریاضیدان برجسته ایرانی الهام گرفته شده، توان پردازشی 100 برابر بیشتر از سیمرغ خواهد داشت.
ابررایانه مریم، نامی برگرفته از نام دانشمند برجسته ایرانی، مریم میرزاخانی، نمادی از تلاش ایران برای پیشرفت در حوزه فناوری‌های پیشرفته است. این ابررایانه، با هدف پاسخگویی به نیازهای رو به رشد کشور در زمینه پردازش داده‌های عظیم و انجام محاسبات پیچیده، طراحی و ساخته شده است.
ایده ساخت ابررایانه مریم، در پی نیاز روزافزون کشور به توان پردازشی بالا برای انجام تحقیقات علمی، شبیه‌سازی‌های پیچیده و توسعه فناوری‌های نوین، شکل گرفت. با توجه به تحریم‌های بین‌المللی و محدودیت‌های دسترسی به فناوری‌های پیشرفته، ساخت یک ابررایانه ملی به عنوان یک ضرورت استراتژیک مطرح شد. نامگذاری این ابررایانه به نام مریم میرزاخانی، ریاضیدان نابغه ایرانی و برنده مدال فیلدز، نیز به عنوان نمادی از توانمندی علمی و الهام‌بخش برای نسل جوان، انتخاب شد. در اردیبهشت ماه سال 1399، معاون وزیر ارتباطات و فناوری اطلاعات از آغاز ساخت ابررایانه جدیدی با ظرفیت 100 برابر سیمرغ خبر داد.
اطلاعات دقیقی در مورد مشخصات فنی ابررایانه مریم در دسترس عموم نیست. با این حال، براساس گزارش‌های منتشر شده، این ابررایانه از توان پردازشی بسیار بالایی برخوردار است و قادر به انجام محاسبات پیچیده در حوزه‌های مختلف علمی و صنعتی است. گزارش شده است که ظرفیت پردازشی این ابررایانه 100 برابر سیمرغ، ابررایانه قبلی ایران، است. این افزایش چشمگیر در توان پردازشی، امکان انجام محاسبات سنگین‌تر و پیچیده‌تر را فراهم می‌کند.
ابررایانه مریم، به عنوان یک ابزار قدرتمند، می‌تواند در حوزه‌های مختلفی مورد استفاده قرار گیرد، از جمله:
تحقیقات علمی: انجام شبیه‌سازی‌های پیچیده در حوزه‌های فیزیک، شیمی، زیست‌شناسی، هواشناسی و …
صنایع نفت و گاز: مدل‌سازی مخازن نفت و گاز، بهینه‌سازی فرآیندهای استخراج و …
هوش مصنوعی و یادگیری ماشین: آموزش مدل‌های هوش مصنوعی، پردازش داده‌های عظیم و …
پزشکی و داروسازی: تحقیقات دارویی، شبیه‌سازی بیماری‌ها و …
هوافضا: طراحی و شبیه‌سازی هواپیماها و فضاپیماها
پیش‌بینی زلزله و مدیریت بحران: تحلیل داده‌های لرزه‌نگاری و پیش‌بینی زلزله
ساخت ابررایانه مریم، گامی مهم در جهت توسعه فناوری‌های پیشرفته در ایران محسوب می‌شود. این ابررایانه، می‌تواند به عنوان یک زیرساخت حیاتی برای پیشرفت علمی، صنعتی و اقتصادی کشور عمل کند. با توجه به محدودیت‌های دسترسی به فناوری‌های پیشرفته، ساخت ابررایانه ملی، استقلال فناورانه ایران را تقویت می‌کند. همچنین، این ابررایانه می‌تواند به عنوان یک کاتالیزور برای جذب نخبگان و توسعه نیروی انسانی متخصص در حوزه فناوری اطلاعات عمل کند.
ابرکامپیوترها به عنوان ابزار حیاتی در دنیای علم و فناوری، نقش بسزایی در حل مشکلات و پیشرفت‌های علمی ایفا می‌کنند. کشورهای پیشرفته ایالات متحده، چین، ژاپن و آلمان در این زمینه پیشرو هستند و با استفاده از فناوری‌های نوین، ابرکامپیوترهایی با قدرت پردازشی بسیار بالا توسعه داده شده اند. ایران نیز در حال توسعه پروژه‌هایی در این زمینه است و تلاش می‌کند در جمع کشورهای قدرتمند این حوزه قرار بگیرد.