منو
 کاربر Online
277 کاربر online
تاریخچه ی: ابر رایانه

__ابر رایانه__ وسیله ای برای تبدیل مسایل محاسبه ای به مسایل ورودی و خروجی است.
((کن باچر))(Ken Batcher)


{picture file=img/daneshnameh_up//288px-Cray2.jpg}

ابر رایانه (( رایانه|رایانه ای)) است که در زمان معرفی از نظر ظرفیت پردازش و به خصوص سرعت محاسبه ازدیگر ماشین ها قوی تر باشد. اولین ابر رایانه ها در دهه ی 1960به طور عمده در (( موسسه اطلاعات کنترل(CDC) )) توسط (( سیمور کری| سیمور کری(Seymour Cray) ))طراحی شد. کری تا دهه ی 1970 زمانی که برای تاسیس شرکت خود (( پژوهشکده کری)) , از ان جدا شد انرا هدایت می کرد.کری بعدها با طرح های جدید خود بازار ابر رایانه را در دست گرفت و تا 25 سال (1965 1990) بی رقیب ماند. در دهه ی 1980به موازات تولید یک دهه قبل تر (( مینی رایانه ها))شمار زیادی از رقیبان کوچکتر وارد بازار شدند اما بسیاری از ان ها در" رکود بازار ابر رایانه ها" ی اواسط دهه ی 1990 ناپدید شدند . امروزه ابر رایانه ها طرح های یک بار تولید شونده هستند که توسط شرکت های "سنتی" مانند (( IBM )) و ((HP)) طراحی می شوند .این شرکت ها بسیاری از شرکت های دهه ی 1980 را برای استفاده از تجاربشان خریداری کردند, هر چند در طراحی ابر رایانه ها ((موسسه ی کری)) متخصص تر است .

معنای کلمه ی ابررایانه تا حدی متغیر است , و ابر رایانه های امروزی فردا دیگر کاربردی نخواهند داشت,همانگونه که از (( کولاسوس( Colossus) , اولین رایانه ی الکترونیکی برنامه دار رقمی ) غیر(( حالت جامد)) ) دنیا ,که طی (( جنگ جهانی دوم)) رمز های (( المانی ها)) را می شکست پیدا است .ماشین های اولیه ی سی دی سی(CDC) صرفا پردازنده های منفرد پر سرعتی بودندکه تا ده برابر سریع تر از سریع ترین ماشین هایی که توسط دیگر شرکت ها معرفی شده بودند کار می کردند . در دهه ی 1970 بیشتر ابر رایانه ها برای استفاده از (( پردازنده ی برداری)) طراحی می شدند و بسیاری از بازیگر های تازه کار برای ورود به بازار پردازنده هایی از این نوع را با قیمت ارزان تر عرضه می کردند .در دهه های 1980و1990 پردازنده های برداریجای خود را به سیستم های (( پردازش موازی)) فشرده با هزاران سی پی یو (CPU) ساده ای داد که برخی از ان ها واحد های غیر مرسوم وبرخی طرح های متداول و سنتی بودند. امروزه طرح های موازی بر پایه ی (( ریز پردازنده های)) (( RISC )) " غیر مرسوم" مانند ((PowerPC)) یا ((PA_RISC)) قرار دارند .

!ابزار های نرم افزاری
ابزار های نرم افزار ی پردازش توزیعی , ((API)) های استاندارد از جمله ((MPI)) و ((PVM ))و راه حل های نرم افزاری متکی بر (( منبع باز)) مانند ((Beowulf)) و ((openMosix)) ,که کار ساخت نوعی از " ابر رایانه های مجازی" با استفاده از مجموعه های ایستگاه کار ها و خدمتگذار های عادی را تسهیل بخشید , را شامل می شود .فن اوری هایی مانند ((Rendezvous)) راه تولید خوشه های رایانه های ویژه را هموار ساخت . یک نمونه , تابع تفسیر توزیعی در برنامه کاربردی ترکیبی Apple's((Shake ))ست . رایانه هایی که از نرم افزار Shake استفاده می کنند کافی است فقط در شبکه در مجاورت یک دیگر باشند تا به طور خود کار منابع همدیگر را پیدا و مورد استفاده قرار دهند . در حالی که هنوز هیچ کس خوشه رایانه ی ویژه ای ای بهتر از ابر رایانه های سال گذشته نساخته است فاصله ی بین رایانه های رومیزی , یا حتی لپ تاپ ها و ابر رایانه ها در حال ناپدید شدن است و این احتمال وجود دارد که این روند با افزایش پشتیبانی توکار برای همسانی(parallelism) و (( پردازش توزیعی)) در سیستم عامل های رایانه های رومیزی تداوم یابد . یک زبان برنامه نویسی اسان برای ابر رایانه ها مبحث تحقیقاتی باز و وسیعی را در علم رایانه به جا ی می گذارد .


!کاربرد ها
ابر رایانه ها برای کارهایی که به محاسبات زیاد و دقیق نیازمند است به کار می رود از جمله: (( پیش بینی وضع هوا)) , تحقیقات اب و هوایی( که شامل (( گرم شدن جهانی)) می شود), (( نمونه سازی مولکولی)) (محاسبه ی ساختار ها و خصوصیات ترکیب های شیمیایی , درشت مولکول های زیستی, بسپار ها, و بلور ها( , شبیه سازی های فیزیکی ( مانند شبیه سازی هوا پیما در تونل باد , شبیه سازی انفجار (( جنگ افزار های هسته ای)) و تحقیقات در مورد (( جوش هسته ای)) ), رمز گشایی و مانند ان .موسسه های نظامی و علمی از بزرگترین مشتری ها می باشند.

!طراحی
ابر رایانه ها به دلیل به کار گیری طرح های ابتکاری و جدید با سرعتی بیشتر از رایانه های متداول کار می کنند.این طرح ها ان ها را قادر می سازد بسیاری کارها را با وجود نیاز به برسی فنی جزییات بغرنج به صورت موازی انجام دهند.ان ها بیشتر برای انجام گونه های خاصی از محاسبات تخصص دارند و در برابر بیشتر کارهای محاسباتی عادی عملکرد ضعیفی از خود نشان می دهند . (( سازمان دهی حافظه )) این رایانه ها به دقت تنظیم شده است تا در تمام زمان ها پردازنده با داده ها و دستور العمل ها تغذیه شود. در واقع, بیشتر تفاوت پیاده سازی بین رایانه های کند تر و ابر رایانه ها به خاطر طرح سازمان دهی حافظه و ترکیب بندی اجزا است .


(( قانون Amdahl )) برای تمام سیستم های موازی صادق است .ابر رایانه ها تلاش زیادی را برای حذف توالی نرم افزاری اعمال کرده و برای شتاب دادن به تنگنا های(bottlenecks) باقی مانده از سخت افزار بهره می گیرند .

!!چالش های ابر رایانه و فن اوری ها
یک ابر رایانه تولید گرما می کند و باید خنک شود .خنک سازی بیشتر ابر رایانه ها یک مشکل ((HVAC)) بزرگ است .
اطلاعات نمی تواند با سرعتی بیشر از (( سرعت نور)) بین دو جز یک ابر رایانه جا به جا شود .به همین دلیل , ابر رایانه هایی که چندین متر طول دارند باید دارای زمان پاسخگویی دست کم یک دهم نانو ثانیه باشد .به این خاطر در طرح ابر رایانه ی کری ساخت سیمور کری از کابل های کوتاه ا ستفاده شده بود .
ابر رایانه ها مقادیر زیادی داده را در مدت زمان کوتاهی مصرف و تولید می کنند. برای اطمینان از این که اطلاعات به سرعت منتقل و به درستی ذخیره و باز یابی می شود به کاری بیشتر نیاز است .

فن اوری هایی که برای ابر رایانه ها شکل گرفته اند عبارتند از:
(( پردازش برداری))
(( خنک سازی به کمک مایع))
(( دسترسی به حافظه نا یکنواخت))(NUMA)
(( لوح های شیاری)) ( که اولین نمونه ی ان بعد ها ))RAID(( نام گرفت)
(( سیستم فایل موازی))

!!تکنیک های پردازش

تکنیک های (( پردازش برداری)) اول بار برای ابر رایانه ها توسعه یافت و همچنان در برنامه های کاربردی با کارایی بالامتخصص مورد استفاده قرار می گیرد . تکنیک های پردازش برداری به بازار مجتمع در معماریDSP ودستورهای پردازش ))SIMD(( برای رایانه های همه منظور تحلیل یافته است .

!!سیتم عامل

(( سیستم عامل )) ان ها, که اغلب نسخه ای از لینوکس است , با سیستم عامل های دیگر ماشین های کوچکتر تفاوتی ندارند .به هر حال از ان جا که توسعه دهندگان سیستم های عامل منابع برنامه نویسی را محدود کرده اند رابط کاربری ان ها ضعیف تر است .ان از این واقعیت منتج می شود که وقتی این رایانه ها که اغلب قیمتی برابر با صد ها هزار دلار دارند به بازار های خیلی کوچک فروخته می شوند بود جه ی R&D انها اغلب محدود می شود .به طرز جذابی این روندی مداوم در صنعت رایانه بوده است
!!برنامه نویسی

معماری موازی ابر رایانه ها اغلب استفاده از تکنیک های برنامه نویسی خاصی را برای به کار گیری سرعت شان تحمیل می کند .کمپایلر های (( فرترن)) تک منظوره سریعتر از کمپایلر های((C)) و ((++C)) کد تولید می کنند بنا بر این فرترن زبان انتخابی برنامه نویسی علمی و بنابر این زبان بیشتر برنامه هایی که در ابر رایانه ها پیاده می شود است .برای بهره گیری از موازی بودن ابر رایانه ها , در خوشه های با اتصال شل از ((PVM(( و ((MPI)) ودر ماشین های با حافظه مشترک و هماهنگ از ((OpenMP)) استفاده می شود .

انواع ابر رایانه های همه کاره

سه دسته ی اصلی از ابر رایانه های همه کاره وجود دارد:
ماشین های مبتنی بر (( پردازش موازی)) عملیات های محاسباتی مشترک را در ان واحد بر حجم زیادی از داده انجام شود.
(( رایانه های خوشه ای )) با کابل کشی کوتاه برای پشتیبانی از تعداد زیادی پردازنده و برای این که حافظه ی ان ها بتواند با هم در ارتباط باشد از رابط های مخصوص استفاده می کنند . پردازنده ها ووسایل کابل کشی از ابتدا برای ابر رایانه ها طراحی می شوند.سریعترین ابر رایانه های همه کاره دنیا از این فن اوری استفاده می کنند .
خوشه های commodity از تعداد زیادی پی سی هایcommodity که با (( شبکه های محلی)) با پهنای باند زیاد و سرعت عکس العمل کم به هم مرتبطند استفاده می کنند .
در (( سال 2002)) (( قانون مور(Moore) )) و ((اقتصاد مقیاس)) عامل های غالب در طراحی ابر رایانه ها است : در حال حاضر یک رایانه رو میزی جدید از یک ابر رایانه ی 15 ساله قدرتمند تر است, و دست کم برخی از ترفند های طراحی که باعث می شد ابر رایانه های پیشین بهتر از ماشین های رومیزی کنونی کار کنند درون یک commodity pc's جا داده شده اند .از این گذشته , هزینه ی توسعه و تولید تراشه ها باعث می شد تا طراحی تراشه های سنتی برای یک اجرای کوتاه عملا غیر اقتصادی شده وتراشه های تولید انبوه که با داشتن تقاضا های کافی از عهده ی هزینه ی تولید خود بر می امدند جای ان ها را بگیرند .

علاوه بر این, بسیاری از مسایلی که توسط ابر رایانه ها انجام می شد به طور ویژه برای موازی سازی( در اصل,تبدیل کردن به بخش های ریز تر برای این که بتوان در ان واحد بر روی ان ها کار کرد)و به خصوص , موازی سازی نسبتا زمخت(coarse-grained parallelization) که مقدار اطلاعات مورد نیاز برای انتقال بین واحد های پردازش مستقل از هم را محدود می کند, مناسب است . به همین دلیل برای بسیاری از کار ها می توان " خوشه های" رایانه ای با طرح استاندارد که قابل برنامه نویسی برای کار به صورت یک رایانه ی بزرگ هستند را جایگزین ابر رایانه های سنتی و متداول کرد . بسیاری از این ها از سیستم عامل(( لینوکس)) استفاده می کنند, به ان ها ((خوشه های ))Beowulf گفته می شود .

در ابتدای (( سال 2003)) , ابر رایانه های شماره ی 3 دنیا خوشه ای از commodity است و تحت سیستم عامل لینوکس و با سخت افزار اینتل x86 کار میکند.به هر حال انتظار می رود شماری از پروژه های خوشه ی commodity که تحت لینوکس و با CPU های AMD x86-64 عمل می کنند با سرعت بالاتری کار کنند .اگر این روند تداوم یابد احتمالا لینوکس سیستم عامل استاندارد de facto ابر رایانه ها خواهد شد.

در انتهای سال 2003 ابر رایانه های شماره ی 3 دنیا خوشه ای متفاوت بود, ((VirginiaTech)) ((System X)) که با ((Mac OS X)) بر خوشه ای از سیستم های 1,100 G5 کار می کرد .

ابر رایانه های تک منظوره
ابر رایانه های تک منظوره ابزار های محاسبه ی به کارایی بالا هستند که معماری ان ها برای یک کار خاص طراحی شده است .این باعث می شود بتوان از تراشه های به طور خاص برنامه نویسی شده ی FPGA و یا حتی تراشه های VLSI سنتی استفاده و با قربانی کردن عمومیت ,نسبت کار ایی/قیمت بالاتری تولید کرد.از این ابر رایانه ها برای برنامه های کاربردی مانند محاسبه های ((فیزیک فضایی )) و ((کد شکنی)) brute-force استفاده می شود

چند نمونه از ابر رایانه های تک منظوره عبارتند از:
((Deep Blue(( برای بازی (( شطرنج))
(( محاسبه ی قابل پیکر بندی))
((GRAPE)) برای فیزیک فضایی

سریعترین ابر رایانه های امروزی
سرعت یک رایانه عموما با (( فلاپ)) (عملیات های اعشاری در هر ثانیه) اندازه گیری می شود .این اندازه گیری هزینه سربار ارتباطات را نادیده گرفته و فرض می کند که تمام پردازنده ها ی ماشین به داده ها دسترسی وبا تمام سرعت کار می کنند.بنابر این به عنوان یک استاندارد متری ایده ال نیست ولی به هر حال به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد .

در(( 29 سبتامبر))(( سال 2004 )) سریعترین ابر رایانه ها نمونه اولیه(prototype) ))Blue Gene/L(( با 16.250پردازنده ساخت ))IBM((می باشد . این ابر رایانه می تواند با سرعت 01/36 ترا فلاپ کار کند.نمونه اولیه Blue Gene/L نسخه ی سفارشی شده ی معماری))PowerPc(( شرکت ای بی ام (IBM)است .این نمونه اولیه فعلا در Rochester شرکت ای بی ام , نیو یورک فاسیلیتی است اما نسخه های تولید در سایت های مختلف از جمله (( ازمایشگاه ملی لارنس لیور مور)) (LLNL)مهیا خواهد شد .قبل از Blue Gene/ L سریعترین ابر رایانه (( شبیه ساز زمین(Earth Simulator) )) در(( )) موسسه ی علوم زمین یوکوماها)) (( ژاپن)) بود .این ابر رایانه خوشه ای از 640رایانه ی 8-پردازنده ای متعارف و برداری مبتنی برمعماری ))NEC(( SX-6 (با مجموع 5120 پردازنده)بودو از یکی از نسخه های سفارشی شده یسیستم عامل ((یونیکس)) استفاده می کرد .

سرعت ان 5 بربار سریعترین ابر رایانه پیشین یعنی کامپیوتر خوشه ای ASCI Whiteدر (( ازمایشگاه ملی لارنس لیورمور(Lawerence Livermore) )) بود .ابتکار ASCIدولت ایالات متحده تلاش دارد برای حفظ برتری استراتژیک خود در معاهده ی منع ازمایش های هسته ای, (( ازمایش های هسته ای)) را شبیه سازی کند.
))PRAM(( سری دیگری از ابر رایانه ها است.
لیستی از 500 تا از سریعترین ابر رایانه ها در http://www.top500.org/ موجود است .
خط زمان ابر رایانه ها
دوره ابر رایانه بیشینه سرعت مکان
1943-1944 Colossus 5000 نویسه در ثانیه Bletchley Park, England
1945-1950 Manchester Mark I 500 دستور University of Manchester, England
1950-1955 MIT Whirlwind 20 KIPS (CRT)40 KIPS (Core) Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA
1956-1958 IBM 704 40 KIPS12 کیلو فلاپ
1958-1959 IBM 709 40 KIPS12 کیلو فلاپ
1959-1960 IBM 7090 210 کیلو فلاپ U.S. Air Force BMEWS (RADC), Rome, NY
1960-1961 LARC 500 کیلو فلاپ(دارای دو سی پی یو) Lawrence Livermore Laboratory, California
1961-1964 IBM 7030 "Stretch" 1.2 MIPS600 کیلو فلاپ Los Alamos National Laboratory, New Mexico
1965-1969 CDC 6600 10 MIPS 3 مگا فلاپ Lawrence Livermore Laboratory, California
1969-1975 CDC 7600 36 مگا فلاپ Lawrence Livermore Laboratory, California
1974-1975 CDC Star-100 100 مگا فلاپ(برداری)2 مگا فلاپ(نرده ای) Lawrence Livermore Laboratory, California
1975-1983 Cray-1 80 مگا فلاپ(برداری)72 مگا فلاپ(نرده ای) Los Alamos National Laboratory, New Mexico (1976)
1975-1982 ILLIAC IV 150 مگا فلاپ,< 100 مگا فلاپ(متوسط) NASA Ames Research Center, Californiaمطمین نیست.
1981-1983 CDC Cyber-205 400 مگا فلاپ(برداری)متوسط خیلی کمتر
1983-1985 Cray X-MP 500 مگا فلاپ( دارای 4 سی پی یو) Los Alamos National Laboratory, New Mexico
1985-1990 Cray-2 95/1 گیگا فلاپ(با 4 سی پی یو)9/3 گیگا فلاپ(با 8 سی پی یو) Lawrence Livermore Laboratory وNASALawrence Berkeley National Laboratory (تنها سیستم با 8 سی پی یو)
1989-1990 ETA-10G 3/10 گیگا فلاپ(برداری)(8 سی پی یو)متوسط خیلی کمتر
1990-1995 Fujitsu Numerical Wind Tunnel 236 گیگا فلاپ National Aerospace Lab
1995-2000 Intel ASCI Red 15/2 ترا فلاپ Sandia National Laboratories, New Mexico
2000-2002 IBM ASCI White, SP Power3 375 MHz 226/7 ترا فلاپ Lawrence Livermore Laboratory, California
2002-2004 Earth Simulator 86/35 ترا فلاپ Yokohama Institute for Earth Sciences, Japan
2004- Blue Gene/L prototype 01/36 ترافلاپ* IBM, Rochester, Minnesota
future
Blue Gene/L* طی ربع اول (( سال 2005)) احتمالا به ظرفیت اولیه کامل(360 ترا فلاپ) می رسد.
نسل های بعدی ابر رایانه
(( Blue Gene ))
((ASCI Purple))
((ASCI Thor's Hammer))

همچنین ببینید
(( محاسبه موازی))
(( خوشه ی Beowulf))
(( محاسبه Grid ))
(( تاریخچه ی محاسبه))
((MOSIX))
((پژوهشکده ی کری))
((رایانه های محدب))
((MasP))
(( ابر رایانه های کوچک))
(( ماشین های متفکر ))
((Tera))
((Meiko))
((Elbrus))
((nCUBE))
((iWarp))
(( سیستم رایانه های پیرو))
(( فن اوری هرمی))
((سیستم ابر رایانه))
((پژوهشکده ی مربع کندال(Kendall) ))
(( ریز رایانه ها))
((مینی رایانه ها))
((رایانه های بزرگ(mainframe)))
((محاسبه توزیعی))
((رایانه های Flash mob))
پیوند های بیرونی

تاریخ شماره نسخه کاربر توضیح اقدام
 سه شنبه 09 آبان 1385 [12:24 ]   19   زینب معزی      جاری 
 دوشنبه 10 مهر 1385 [11:23 ]   18   زینب معزی      v  c  d  s 
 پنج شنبه 23 شهریور 1385 [12:20 ]   17   زینب معزی      v  c  d  s 
 دوشنبه 09 آذر 1383 [07:09 ]   16   حمید حسن نیا      v  c  d  s 
 دوشنبه 09 آذر 1383 [05:46 ]   15   حمید حسن نیا      v  c  d  s 
 شنبه 07 آذر 1383 [09:47 ]   14   حمید حسن نیا      v  c  d  s 
 شنبه 07 آذر 1383 [08:19 ]   13   حمید حسن نیا      v  c  d  s 
 شنبه 07 آذر 1383 [08:01 ]   12   حمید حسن نیا      v  c  d  s 
 شنبه 07 آذر 1383 [06:08 ]   11   حمید حسن نیا      v  c  d  s 
 شنبه 07 آذر 1383 [05:50 ]   10   حمید حسن نیا      v  c  d  s 
 شنبه 07 آذر 1383 [04:57 ]   9   حمید حسن نیا      v  c  d  s 
 شنبه 07 آذر 1383 [04:41 ]   8   حمید حسن نیا      v  c  d  s 
 شنبه 07 آذر 1383 [04:24 ]   7   حمید حسن نیا      v  c  d  s 
 شنبه 07 آذر 1383 [04:12 ]   6   حمید حسن نیا      v  c  d  s 
 شنبه 07 آذر 1383 [04:06 ]   5   حمید حسن نیا      v  c  d  s 
 پنج شنبه 05 آذر 1383 [04:17 ]   4   حمید حسن نیا      v  c  d  s 
 پنج شنبه 05 آذر 1383 [04:00 ]   3   حمید حسن نیا      v  c  d  s 
 پنج شنبه 05 آذر 1383 [03:56 ]   2   حمید حسن نیا      v  c  d  s 
 یکشنبه 01 آذر 1383 [21:09 ]   1   حمید حسن نیا      v  c  d  s 


ارسال توضیح جدید
الزامی
big grin confused جالب cry eek evil فریاد اخم خبر lol عصبانی mr green خنثی سوال razz redface rolleyes غمگین smile surprised twisted چشمک arrow



از پیوند [http://www.foo.com] یا [http://www.foo.com|شرح] برای پیوندها.
برچسب های HTML در داخل توضیحات مجاز نیستند و تمام نوشته ها ی بین علامت های > و < حذف خواهند شد..