۹ ابررایانه قدرتمند جهان در حال حاضر

ابررایانه‌ها نقش حیاتی در کشفیات علمی ایفا می‌کنند؛ از پیش‌بینی تغییرات آب‌وهوایی گرفته تا کشف داروهای جدید. در ادامه، به ۹ ابررایانه برتر جهان می‌پردازیم که در حال حاضر فعال هستند.

چرا ابررایانه‌ها اهمیت دارند؟

ابررایانه‌ها نه تنها نماد پیشرفت فناوری هستند، بلکه ابزارهایی ضروری برای حل برخی از پیچیده‌ترین چالش‌های علمی و مهندسی به شمار می‌روند. این سیستم‌ها قدرت پردازشی بسیار بالایی دارند که به دانشمندان اجازه می‌دهد مدل‌های شبیه‌سازی دقیق‌تری ایجاد کنند و پیشرفت‌هایی در زمینه‌هایی مثل بهینه‌سازی انرژی، کشف دارو، و حتی پیش‌بینی بلایای طبیعی به دست آورند.

۱. ابر رایانه ال کاپیتان (El Capitan)

مکان: آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور، کالیفرنیا، ایالات متحده
عملکرد: ۱,۷۴۲ پتافلاپس (۱.۷۴۲ اگزافلاپس)
اجزا: پردازنده‌های AMD EPYC نسل چهارم ۲۴ هسته‌ای در APUهای AMD Instinct MI300A
شروع به کار: نوامبر
ال کاپیتان اکنون قدرتمندترین ابررایانه جهان و سومین ماشین اگزاسکیل در تاریخ است که در پایان سال ۲۰۲۴ راه‌اندازی شد.

این ابررایانه که در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور واقع شده است، وظایفی را انجام می‌دهد که هدف آن‌ها حفظ و تأمین امنیت زرادخانه تسلیحات هسته‌ای ایالات متحده، بدون نیاز به آزمایش‌های زیرزمینی است. همچنین برای وظایف طبقه‌بندی‌شده مرتبط با امنیت ملی استفاده می‌شود، از جمله بررسی چگونگی استفاده از هوش مصنوعی (AI) و یادگیری ماشین برای این اهداف. علاوه بر این، این ماشین در حل مسائل مربوط به علوم مواد و فیزیک نیز نقش دارد.

این ابررایانه در ابتدا توسط وزارت انرژی ایالات متحده به‌عنوان جایگزینی برای ماشین سیرا که در سال ۲۰۱۸ ساخته شده بود، سفارش داده شد. این پروژه بخشی از برنامه CORAL-2 است

۲. ابر رایانه فرانتیر (Frontier)

مکان: آزمایشگاه ملی اوک ریج، تنسی، ایالات متحده
عملکرد: ۱٬۱۰۲ پتافلاپس (۱.۱۰۲ اگزافلاپس)
اجزا: پردازنده‌های AMD EPYC 64C 2GHz و شتاب‌دهنده‌های AMD Instinct MI250X
شروع به کار: مه ۲۰۲۲

اکنون در جایگاه دوم این فهرست، فرانتیر که توسط شرکت بزرگ ابررایانه‌سازی HPE Cray ساخته شده، اولین ابررایانه اگزاسکیل جهان است که در سال ۲۰۲۲ راه‌اندازی شد. دانشمندان در ابتدا برنامه داشتند از فرانتیر برای تحقیقات سرطان، کشف دارو، همجوشی هسته‌ای، مواد عجیب‌وغریب، طراحی موتورهای فوق‌العاده کارآمد و مدل‌سازی انفجارهای ستاره‌ای استفاده کنند، به گزارش IEEE Spectrum.

بر اساس گزارش MIT Technology Review، در سال‌های آینده دانشمندان از فرانتیر برای طراحی فناوری‌های جدید در حوزه حمل‌ونقل و پزشکی بهره خواهند برد. ایوان اشنایدر، استادیار اخترفیزیک محاسباتی در دانشگاه پیتسبورگ، به MIT Tech Review گفت که قصد دارد شبیه‌سازی‌هایی از نحوه تکامل کهکشان راه شیری در طول زمان انجام دهد.

۳. ابر رایانه آرورا (Aurora)

مکان: آزمایشگاه ملی آرگون، ایلینوی، ایالات متحده
عملکرد: ۱٬۰۰۰ پتافلاپس (۱ اگزافلاپس)
اجزا: پردازنده‌های Intel Xeon Max و شتاب‌دهنده‌های Intel Data Center GPU Max
شروع به کار: انتظار می‌رود در سال ۲۰۲۵

یکی از جوان‌ترین سوپرکامپیوترهای موجود در این فهرست ممکن است روزی به قدرتمندترین آنها تبدیل شود. این سوپرکامپیوتر که در مرکز محاسبات رهبری آرگون (ALCF) مستقر است، آروورا نام دارد و دومین سوپرکامپیوتر اگزاسکیل تاریخ شد. نمایندگان ALCF گفته‌اند که این سوپرکامپیوتر پتانسیل دستیابی به 2 اگزافلوپس قدرت محاسباتی را دارد که دو برابر قدرت Frontier است.

آروورا در همکاری با اینتل و اچ‌پی‌ای ساخته شده و ابزارها و تحلیل‌های علمی را یکپارچه می‌کند، مدل‌سازی و شبیه‌سازی انجام می‌دهد و هوش مصنوعی (AI) را اجرا می‌کند. توان محاسباتی آروورا به آن این امکان را می‌دهد که مدل‌های دقیقی در حوزه‌های مختلف از جمله پیش‌بینی اقلیمی، علم مواد، ذخیره‌سازی انرژی و همجوشی هسته‌ای ایجاد کند. به‌ویژه، همجوشی هسته‌ای تمرکز اصلی آروورا است و طبق گزارش HPCWire، ممکن است روزی به کشف رمز تولید انرژی همجوشی در مقیاس بزرگ کمک کند.

4o mini

۴. ابر رایانه ایگل (Eagle)

مکان: مرکز ملی تحقیقات جوی، کلرادو، ایالات متحده
عملکرد: ۵۰۰ پتافلاپس
اجزا: پردازنده‌های AMD EPYC و شتاب‌دهنده‌های NVIDIA A100
شروع به کار: انتظار می‌رود در سال ۲۰۲۵

سوپرکامپیوتر ایگل مایکروسافت در یک آزمایشگاه مستقر نیست — بلکه در فضای ابری قرار دارد و هر کسی می‌تواند از طریق پلتفرم ابری مایکروسافت آژور به آن دسترسی پیدا کند. این یک شبکه توزیع‌شده از سیستم‌ها است که به طور مشترک قدرت کافی برای قرار گرفتن در جایگاه سومین سوپرکامپیوتر سریع‌ترین جهان را دارند. به طور نظری، ایگل می‌تواند توسط هر کسی که حاضر باشد هزینه‌ای پرداخت کند، در دسترس باشد.

۵. ابر رایانه HPC6

مکان: شرکت انی (Eni)، ایتالیا
عملکرد: ۲۵۰ پتافلاپس
اجزا: پردازنده‌های Intel Xeon و شتاب‌دهنده‌های NVIDIA A100
شروع به کار: ۲۰۲۳

شرکت انرژی ایتالیایی انی در نوامبر 2024 قدرتمندترین سوپرکامپیوتر اروپا را راه‌اندازی کرد. این سوپرکامپیوتر که «HPC6» نام دارد، نخستین سوپرکامپیوتر صنعتی جهان و اولین سیستم غیرآمریکایی در میان پنج سیستم برتر است. بهبودهایی که در زیرساخت مرکز داده سبز انی صورت گرفته، عملکرد آن را تقریباً ده برابر افزایش داده است، از 70 پتاFLOPS به اوج 606 پتاFLOPS. HPC6 به‌طور خاص برای پشتیبانی از تحقیقات در زمینه تلاش‌ها برای کاهش کربن و بهره‌وری انرژی طراحی شده است. این سوپرکامپیوتر به تحقیق در زمینه دینامیک زمین‌شناسی و سیالات برای ذخیره‌سازی دی‌اکسیدکربن، توسعه باتری‌های با عملکرد بالا، بهینه‌سازی زنجیره تأمین بیودیزل، توسعه مواد برای کاربرد در بخش‌های بیوشیمی و شبیه‌سازی رفتار پلاسما در همجوشی مغناطیسی کمک خواهد کرد. نمایندگان انی همچنین اعلام کرده‌اند که HPC6 از سیستم خنک‌کننده مایع جدیدی با رویکرد «مستقیم» استفاده می‌کند که 96 درصد از حرارت تولیدی را دفع می‌کند.

۶. ابر رایانه فوگاکو (Fugaku)

مکان: مؤسسه تحقیقات فیزیک و شیمی (RIKEN)، کوبه، ژاپن
عملکرد: ۴۴۲ پتافلاپس
اجزا: پردازنده‌های ARM A64FX
شروع به کار: ۲۰۲۰

فوجاکو (Fugaku) که زمانی بین ژوئن ۲۰۲۰ تا ژوئن ۲۰۲۲ قدرتمندترین ابررایانه جهان بود، یکی از قدیمی‌ترین سیستم‌های حاضر در میان پنج ابررایانه برتر این فهرست است. نام این ابررایانه از کوه فوجی، یک آتشفشان فعال در حدود ۶۰ مایلی (۱۰۰ کیلومتری) توکیو، گرفته شده است. این ابررایانه در زمان دستیابی به صدر فهرست TOP500 جایگزین ابررایانه سامیت (رتبه هفتم در این فهرست) شد.

در طول سال‌ها، دانشمندان از فوجاکو برای پاسخ به پرسش‌های تحقیقاتی حیاتی استفاده کرده‌اند. به گزارش Nikkei Asia، در دوران همه‌گیری COVID-19، پژوهشگران از توان پردازشی این ابررایانه برای تأیید این موضوع استفاده کردند که ماسک‌های ساخته‌شده از پارچه‌های غیربافته در مسدود کردن قطرات تنفسی موجود در هوا مؤثرتر هستند.

طبق گزارش Japan News، فوجاکو در حال حاضر برای آموزش مدل‌های زبانی بزرگ مبتنی بر هوش مصنوعی، مشابه ChatGPT، در ژاپن به کار گرفته می‌شود.

۷. ابر رایانه آلپس (Alps)

مکان: مرکز ملی محاسبات علمی سوئیس (CSCS)، لوگانو، سوئیس
عملکرد: ۴۰۰ پتافلاپس
اجزا: پردازنده‌های AMD EPYC و شتاب‌دهنده‌های NVIDIA A100
شروع به کار: انتظار می‌رود در سال ۲۰۲۵

ابررایانه Alps که در سپتامبر ۲۰۲۴ افتتاح شد، برای پردازش حجم عظیمی از داده‌هایی که علم مدرن به آن نیاز دارد، طراحی شده است و جایگزین ابررایانه قبلی مرکز ملی ابررایانه سوئیس (CSCS) به نام Piz Daint شد. این ماشین برای استفاده پژوهشگران از سراسر جهان در دسترس است.

زیرساخت این ابررایانه این امکان را فراهم می‌کند که بخش‌هایی از توان پردازشی آن برای اهداف خاص اختصاص یابد. برای مثال، یک "خوشه چندمنظوره" به MeteoSwiss، دفتر فدرال هواشناسی و اقلیم‌شناسی سوئیس، اختصاص داده خواهد شد. خوشه دیگری نیز برای بارهای کاری مرتبط با یادگیری ماشین و هوش مصنوعی در نظر گرفته شده است.

اگرچه مرکز اصلی این ابررایانه در CSCS قرار دارد، اما در مکان‌های دیگری نیز توزیع شده است، از جمله موسسه فناوری فدرال سوئیس در لوزان، موسسه پل شرر (PSI) در ویلینگن و مرکز داده مرکز اروپایی پیش‌بینی‌های میان‌مدت هواشناسی (ECMWF) در بولونیا، ایتالیا.

۸. ابر رایانه لومی (LUMI)

مکان: مرکز محاسباتی CSC، کاجانی، فنلاند
عملکرد: ۳۷۵ پتافلاپس
اجزا: پردازنده‌های AMD EPYC و شتاب‌دهنده‌های AMD Instinct
شروع به کار: ۲۰۲۲

ابررایانه LUMI، مستقر در فنلاند، زمانی قدرتمندترین ابررایانه اروپا بود و اکنون هشتمین ابررایانه سریع در جهان است. به گفته مقامات اتحادیه اروپا (EU)، این سیستم از ۱۰۰٪ انرژی تجدیدپذیر برق‌آبی استفاده می‌کند و گرمای ضایعاتی آن برای گرم کردن ساختمان‌های مجاور به کار می‌رود. LUMI سه سال پیش فعالیت‌های آزمایشی خود را آغاز کرد و در فوریه ۲۰۲۳ به‌طور کامل عملیاتی شد.

این ابررایانه به‌عنوان سیستمی طراحی شده که پژوهشگران سراسر اروپا می‌توانند برای تحقیقات مشترک از آن استفاده کنند. مقامات پیش‌تر اعلام کرده‌اند که این سیستم برای انجام بارهای کاری مبتنی بر هوش مصنوعی بهینه‌سازی شده است. همچنین LUMI به‌عنوان یک "شریک" برای رایانه‌های کوانتومی استفاده می‌شود، از جمله دو سیستم به نام‌های QAL 9000 و Helmi که هر دو در فنلاند مستقر هستند. این همکاری کوانتومی-کلاسیک با هدف فراهم کردن بهترین امکانات رایانه‌های کوانتومی فعلی (که با وجود پتانسیل بالای آینده‌شان همچنان محدودیت‌های زیادی دارند) و ابررایانه‌ها برای پژوهشگران انجام می‌شود.

۹. ابر رایانه لئوناردو (Leonardo)

مکان: مرکز محاسباتی CINECA، بولونیا، ایتالیا
عملکرد: ۲۵۰ پتافلاپس
اجزا: پردازنده‌های Intel Xeon و شتاب‌دهنده‌های NVIDIA A100
شروع به کار: ۲۰۲۲

یکی دیگر از سیستم‌هایی که بخشی از برنامه ابررایانه‌ای EuroHPC اتحادیه اروپا است، لئوناردو است که از سه ماژول تشکیل شده و با ترکیب آن‌ها به دومین ماشین سریع اروپا تبدیل شده است. سازمان میزبان این ابررایانه، CINECA، یک کنسرسیوم متشکل از دانشگاه‌های ایتالیا، مراکز تحقیقاتی عمومی و نهادهای دولتی است.

این ابررایانه در ماه مه ۲۰۲۳ وارد مرحله پیش‌تولید شد که در طی آن ۸۰ پروژه ارسال شدند و ۱۳ پروژه انتخاب شدند. سپس در ماه اوت، این ابررایانه وارد مرحله تولید شد.

چالش‌ها و آینده ابررایانه‌ها

رشد توان پردازشی ابررایانه‌ها با چالش‌های زیادی همراه است:

مصرف انرژی: ابررایانه‌های پیشرفته به مقدار زیادی انرژی نیاز دارند. برای مثال، سیستم‌هایی مثل فرانتیر و فوگاکو از صدها مگاوات برق استفاده می‌کنند.
هزینه‌های نگهداری: ساخت و نگهداری این سیستم‌ها هزینه‌های بسیار بالایی به همراه دارد.
خنک‌سازی: حرارت تولیدشده توسط اجزای سخت‌افزاری این سیستم‌ها نیاز به سیستم‌های خنک‌کننده پیشرفته دارد.

با این حال، پیشرفت فناوری‌هایی مثل پردازنده‌های کم‌مصرف و طراحی‌های کارآمدتر در حال تغییر این معادله هستند.

جمع‌بندی: ابررایانه‌ها، ستون فقرات علم و فناوری

ابررایانه‌ها نه‌تنها به‌عنوان ابزارهای پیشرفته برای انجام محاسبات علمی عمل می‌کنند، بلکه مسیر پیشرفت فناوری را نیز تعیین می‌کنند. از حل بحران‌های جهانی مثل تغییرات اقلیمی گرفته تا کاوش در مرزهای فیزیک کوانتومی، این سیستم‌ها نقشی اساسی در شکل‌دهی آینده دارند. با ادامه پیشرفت در فناوری، انتظار می‌رود ابررایانه‌های قدرتمندتر و کارآمدتری ساخته شوند که بتوانند دنیای ما را به شیوه‌ای که امروز تصورش را نمی‌کنیم، متحول کنند.