العملاقة او الفائق Supercomputer
الحواسيب العملاقة او الفائق هي حواسيب ذات إمكانيات هائلة وله القدرة على معالجة كميات هائلة جدا من البيانات ويمكنها خدمتة ملايين المستخدمين وبالتالي يمكن القول
الكمبيوترات العملاقة هي فئة من أجهزة الكمبيوتر القوية للغاية. يتم تطبيق المصطلح بشكل شائع على أسرع الأنظمة عالية الأداء المتاحة في أي وقت. تم استخدام أجهزة الكمبيوتر هذه في المقام الأول في الأعمال العلمية والهندسية التي تتطلب عمليات حسابية عالية السرعة. وتشمل التطبيقات الشائعة لأجهزة الكمبيوتر العملاقة اختبار النماذج الرياضية للظواهر الفيزيائية المعقدة أو التصاميم، مثل المناخ و الطقس ، تطور الكون ، الأسلحة النووية والمفاعلات، جديدة المركبات الكيميائية (وخاصة لأغراض الدوائية)، و التشفير. مع انخفاض تكلفة الحوسبة الفائقة في التسعينيات ، بدأ المزيد من الشركات في استخدام أجهزة الكمبيوتر العملاقة لأبحاث السوق والنماذج الأخرى المتعلقة بالأعمال.
مميزات الحواسيب العملاقة
أجهزة الكمبيوتر العملاقة لها سمات مميزة معينة. على عكس أجهزة الكمبيوتر التقليدية ، لديهم عادة أكثر من جهاز واحد و حدة المعالجة المركزية CPU متعدد ، والتي تحتوي على دوائر لتفسير تعليمات البرنامج وتنفيذ العمليات الحسابية والمنطقية بالتسلسل الصحيح. إن استخدام العديد من وحدات المعالجة المركزية (CPU) لتحقيق معدلات حسابية عالية أمر ضروري بسبب الحدود المادية لتكنولوجيا الدوائر . لا يمكن للإشارات الإلكترونية أن تنتقل أسرع من سرعة الضوء ، مما يشكل حدًا أساسيًا السرعة لنقل الإشارات وتبديل الدارات. تم الوصول إلى هذا الحد تقريبًا ، بسبب تصغير مكونات الدوائر ، والانخفاض الكبير في طول الأسلاك التي تربط لوحات الدوائر ، والابتكار في تقنيات التبريد (على سبيل المثال ، في أنظمة الحواسيب العملاقة المختلفة ، يتم غمر المعالج ودوائر الذاكرة في سائل مبرد لتحقيق درجات الحرارة المنخفضة التي تعمل بها بشكل أسرع). مطلوب استرداد سريع للبيانات المخزنة والتعليمات لدعم السرعة الحاسوبية العالية للغاية لوحدات المعالجة المركزية. لذلك ، تتمتع معظم أجهزة الكمبيوتر العملاقة بسعة تخزين كبيرة جدًا ، فضلاً عن قدرة إدخال / إخراج سريعة جدًا .
لا تزال السمة المميزة الأخرى الحواسيب العملاقة هي استخدامها الحساب المتجه - أي أنها قادرة على العمل على أزواج من قوائم الأرقام بدلاً من مجرد أزواج من الأرقام. على سبيل المثال ، يمكن للحاسوب العملاق النموذجي أن يضاعف قائمة معدلات الأجور بالساعة لمجموعة من عمال المصانع بقائمة ساعات عمل أعضاء تلك المجموعة لإنتاج قائمة بالدولارات التي يكسبها كل عامل في نفس الوقت تقريبًا الذي يستغرقه كمبيوتر عادي لحساب المبلغ الذي يكسبه عامل واحد فقط.
تم استخدام أجهزة الكمبيوتر العملاقة في الأصل في التطبيقات المتعلقة بالأمن القومي ، بما في ذلك تصميم الأسلحة النووية والتشفير. اليوم يتم توظيفهم بشكل روتيني في صناعات الطيران والنفط والسيارات. بالإضافة إلى ذلك ، وجدت أجهزة الكمبيوتر العملاقة تطبيقًا واسعًا في المجالات التي تتضمن الهندسة أو البحث العلمي ، على سبيل المثال ، في دراسات هيكل الجسيمات دون الذرية وأصل الكون وطبيعته. أصبحت الحواسيب العملاقة أداة لا غنى عنها في التنبؤ بالطقس: تعتمد التنبؤات الآن على النماذج العددية. مع انخفاض تكلفة أجهزة الكمبيوتر العملاقة ، انتشر استخدامها إلى عالم الألعاب عبر الإنترنت . على وجه الخصوص، من خلال 5 10 الخارقة الأسرع الصينية في عام 2007 والمملوكة من قبل شركة مع حقوق الإنترنت في الصين إلى لعبة إلكترونية علب من العالم ، والذي كان في بعض الأحيان أكثر من مليون شخص يلعبون معا في نفس عالم الألعاب.
تطور الحواسيب العملاقة على مر التاريخ
على الرغم من أن أجهزة الكمبيوتر العملاقة المبكرة قد تم بناؤها بواسطة شركات مختلفة ، سعة CDC إلى الاستحواذ على السوق الصغيرة ولكن المربحة لأجهزة الكمبيوتر العلمية السريعة. كان CDC تصميم كراي 1604 واحدة من أولى أجهزة الكمبيوتر لاستبدال الأنابيب المفرغة مع الترانزستورات وكانت شعبية جدا في المختبرات العلمية. استجابت شركة IBM ببناء الكمبيوتر العلمي الخاص بها ، IBM 7030 - المعروف باسم Stretch - في عام 1961. ومع ذلك ، وجدت شركة IBM ، التي كانت بطيئة في اعتماد الترانزستور ، عددًا قليلاً من المشترين لهجين الترانزستور الأنبوبي ، بغض النظر عن سرعته ، و انسحبت مؤقتًا من مجال الكمبيوتر العملاق بعد خسارة فادحة ، في ذلك الوقت ، بلغت 20 مليون دولار. في عام 1964 كرايحل CDC 6600 محل Stretch باعتباره أسرع كمبيوتر على وجه الأرض ؛ يمكنه تنفيذ ثلاثة ملايين عملية فاصلة عائمة في الثانية (FLOPS) ، وسرعان ما تمت صياغة مصطلح الكمبيوتر العملاق لوصفه.
غادر Cray CDC ليبدأ Cray Research، Inc. في عام 1972 ثم انتقل مرة أخرى في عام 1989 ليشكل شركة Cray Computer Corporation. في كل مرة انتقل فيها ، استمرت شركته السابقة في إنتاج أجهزة كمبيوتر عملاقة بناءً على تصميماته.
شارك Cray بعمق في كل جانب من جوانب إنشاء أجهزة الكمبيوتر التي بنتها شركاته. على وجه الخصوص ، كان عبقريًا في التعبئة الكثيفة للمكونات الإلكترونية التي يتكون منها الكمبيوتر. من خلال التصميم الذكي ، قام بقطع المسافات التي يجب أن تقطعها الإشارات ، وبالتالي تسريع الآلات. لقد سعى دائمًا إلى إنشاء أسرع كمبيوتر ممكن للسوق العلمي ، ومبرمجًا دائمًا بلغة البرمجة العلمية المختارة ( FORTRAN ) ، ودائمًا ما قام بتحسين الآلات للتطبيقات العلمية الصعبة - على سبيل المثال ، المعادلات التفاضلية ، ومعالجات المصفوفة ، وديناميكيات السوائل ، والتحليل الزلزالي ، و البرمجة الخطية .
من بين إنجازات Cray الرائدة كان Cray-1 ، الذي تم تقديمه في عام 1976 ، والذي كان أول تنفيذ ناجح لمعالجة المتجهات (بمعنى ، كما تمت مناقشته أعلاه ، يمكن أن يعمل على أزواج من قوائم الأرقام بدلاً من مجرد أزواج من الأرقام). كان Cray أيضًا أحد رواد تقسيم العمليات الحسابية المعقدة على معالجات متعددة ، وهو تصميم يُعرف باسم "معالجة متعددة ". كانت Cray X-MP ، التي تم تقديمها في عام 1982 ، واحدة من أولى الآلات التي استخدمت المعالجة المتعددة ، والتي ربطت بين جهازي كمبيوتر Cray-1 بالتوازي مع مضاعفة أدائهم الفردي ثلاث مرات. في عام 1985 ، أصبح Cray-2 ، وهو كمبيوتر رباعي المعالجات ، أول آلة تتجاوز المليار فلوب.
بينما استخدم Cray معالجات مخصصة حديثة باهظة الثمن وأنظمة تبريد بالغمر السائل لتحقيق سجلات سرعته ، كان نهج جديد ثوري على وشك الظهور.كان لدى دبليو دانيال هيليس ، وهو طالب دراسات عليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ، فكرة جديدة رائعة حول كيفية التغلب على الاختناق المفروض من خلال جعل وحدة المعالجة المركزية توجه العمليات الحسابية بين جميع المعالجات. رأى Hillis أنه يمكنه القضاء على عنق الزجاجة من خلال القضاء على وحدة المعالجة المركزية التي تتحكم بالكامل لصالح عناصر تحكم لامركزية أو موزعة. في عام 1983 شارك هيليس في تأسيس شركة Thinking Machines Corporation لتصميم وبناء وتسويق مثل هذه أجهزة الكمبيوتر متعددة المعالجات . في عام 1985 ، كانت أول آلات الاتصال الخاصة به ، وتم تقديم CM-1 (تم استبداله بسرعة بخلفه التجاري ، CM-2). استخدم CM-1 معالجًا مذهلًا غير مكلف يبلغ 65.536 معالجًا أحادي البت ، تم تجميعه 16 إلى شريحة (بإجمالي 4096 شريحة ) ، لتحقيق عدة مليارات FLOPS لبعض العمليات الحسابية - يمكن مقارنتها تقريبًا بأسرع كمبيوتر Cray الفائق.
الكمبيوتر العملاق CM-2 التابع لشركة Thinking Machines Corporation ، 1987. كانت علبة الكمبيوتر السوداء المكعبة شفافة للسماح بملاحظة الأنماط الشبيهة بالإيحاءات العصبية للحساب (قام معالج نشط بتنشيط الصمام الثنائي الأحمر).
الكمبيوتر العملاق CM-2 التابع لشركة Thinking Machines Corporation ، 1987. كانت علبة الكمبيوتر السوداء المكعبة شفافة للسماح بملاحظة الأنماط الشبيهة بالإيحاءات العصبية للحساب (قام معالج نشط بتنشيط الصمام الثنائي الأحمر).
© 1987 شركة Thinking Machines Corporation ، تصوير Steve Grohe
كان هليوس في الأصل مستوحى من الطريقة التي يستخدم بها الدماغ شبكة معقدة من الخلايا العصبية البسيطة ( شبكة عصبية ) لتحقيق حسابات عالية المستوى. في الواقع ، تضمن أحد الأهداف المبكرة لهذه الآلات حل مشكلة في الذكاء الاصطناعي ، وهي التعرف على أنماط الوجوه. من خلال تخصيص كل بكسل من الصورة لمعالج منفصل ، قام Hillis بنشر الحمل الحسابي ، ولكن هذا أدى إلى مشكلة الاتصال بين المعالجات. كانت طوبولوجيا الشبكة التي طورها لتسهيل اتصال المعالج عبارة عن 12 بعدًا "hypercube ”—أي ، تم ربط كل شريحة مباشرة بـ 12 شريحة أخرى. سرعان ما أصبحت هذه الآلات معروفة باسمأجهزة الكمبيوتر المتوازية على نطاق واسع. إلى جانب فتح الطريق أمام معماريات جديدة متعددة المعالجات ، أظهرت آلات Hillis مدى شيوع أو استخدام المعالجات لتحقيق نتائج الحواسيب العملاقة.
تطبيق ذكاء اصطناعي شائع آخر للمعالجة المتعددة كان الشطرنج . على سبيل المثال ، في عام 1988 ، استخدمت HiTech ، التي تم إنشاؤها في جامعة كارنيجي ميلون ، بيتسبرغ ، بنسلفانيا ، 64 معالجًا مخصصًا (واحد لكل مربع على رقعة الشطرنج) ليصبح أول جهاز كمبيوتر يهزم أحد كبار المعلمين في مباراة. في فبراير 1996 آي بي إمكان Deep Blue ، باستخدام 192 معالج RS / 6000 مُحسّنًا حسب الطلب ، أول كمبيوتر يهزم بطل العالم ، Garry Kasparov ، في لعبة "بطيئة". ثم تم تكليفه التنبؤ بالطقس في أتلانتا ، جورجيا ، خلال دورة الألعاب الأولمبية الصيفية لعام 1996 . خليفته (الآن مع 256 مخصص معالجات الشطرنج ) هزم كاسباروف في مباراة العودة من ست مباريات في مايو 1997.
كما هو الحال دائمًا ، كان التطبيق الرئيسي للحوسبة الفائقة عسكريًا. مع التوقيع على معاهدة الحظر الشامل للتجارب من قبل الولايات المتحدة في عام 1996 ، والحاجة إلى بديل برنامج اعتماد للمخزون النووي القديم في البلاد إلى قيام وزارة الطاقة بتمويل مبادرة الحوسبة الاستراتيجية المعجلة (ASCII). كان الهدف من المشروع هو الوصول بحلول عام 2004 إلى جهاز كمبيوتر قادر على المحاكاة التجارب النووية - إنجاز يتطلب آلة قادرة على تنفيذ 100 تريليون فلوبس (100 TFLOPS ؛ أسرع كمبيوتر موجود في ذلك الوقت كان Cray T3E ، قادر على 150 مليار FLOPS).كان ASCI Red ، الذي تم بناؤه في Sandia National Laboratories في Albuquerque ، NM ، مع شركة Intel ، أول من حقق 1 TFLOPS. باستخدام 9،072 معالجات Pentium Pro القياسية ، وصلت إلى 1.8 TFLOPS في ديسمبر 1996 وتم تشغيلها بالكامل بحلول يونيو 1997.
في حين ساد نهج متعدد المعالجة على نطاق واسع في الولايات المتحدة، في اليابان و شركة NEC عاد إلى النهج القديم من العرف تصميم الكمبيوتر رقاقة له Earth Simulator ، الذي فاجأ العديد من علماء الكمبيوتر من خلال ظهوره لأول مرة في قائمة سرعة الكمبيوتر العملاق TOP 500 في الصناعة في عام 2002. لم يشغل هذا المنصب لفترة طويلة ، على الرغم من ذلك ، كما في عام 2004 نموذج أولي من IBM وصل Blue Gene / L ، مع 8192 عقدة معالجة ، إلى سرعة حوالي 36 TFLOPS ، وهو ما يتجاوز فقط سرعة Earth Simulator. بعد مضاعفته في عدد معالجاتها ، فإن أصبح ASCII Blue Gene / L ، الذي تم تركيبه في عام 2005 في مختبرات سانديا الوطنية في ليفرمور ، كاليفورنيا ، أول آلة تتجاوز علامة 100 TFLOPS المرغوبة ، بسرعة تبلغ حوالي 135 TFLOPS. احتلت آلات Blue Gene / L الأخرى ، ذات البنى المتشابهة ، العديد من المراكز الأولى في قوائم TOP 500 المتعاقبة. مع التحسينات المنتظمة ، وصل ASCI Blue Gene / L إلى سرعة تجاوزت 500 TFLOPS في عام 2007. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أجهزة الكمبيوتر العملاقة هذه من IBM لاختيار نظام التشغيل ، و Linux ، ودعم IBM لتطوير تطبيقات مفتوحة المصدر .
أول كمبيوتر تجاوز 1000 TFLOPS ، أو 1 بيتافلوب ، صنعته شركة IBM في عام 2008. المعروف باسم Roadrunner ، بالنسبة لطائر ولاية نيو مكسيكو ، تم اختبار الآلة لأول مرة في مرافق شركة IBM في نيويورك ، حيث حققت هذا الإنجاز ، قبل تفكيكها لشحنها إلى مختبر لوس ألاموس الوطني في نيو مكسيكو. استخدم الإصدار التجريبي 6948 شريحة أوبتيرون الدقيقة ثنائية النواة من الأجهزة الدقيقة المتقدمة (AMD) و 12960 من محركات النطاق العريض الخلوية من شركة آي بي إم (تم تطويرها لأول مرة للاستخدام في نظام الفيديو بلاي ستيشن 3 من سوني كمبيوتر إنترتينمنت ). تم تصميم معالج الخلية خصيصًا للتعامل مع العمليات الحسابية المكثفة اللازمة للتعامل مع محركات محاكاة الواقع الافتراضي في الألعاب الإلكترونية - وهي عملية مشابهة تمامًاللحسابات التي يحتاجها الباحثون العلميون الذين يديرون نماذجهم الرياضية .
انظر إلى الباحثين يحاكون الحركة ثلاثية الأبعاد لفيروس الأنف البشري باستخدام الكمبيوتر العملاق IBM Blue Gene Q لفهم كيفية عمل الفيروس
انظر إلى الباحثين يحاكون الحركة ثلاثية الأبعاد لفيروس الأنف البشري باستخدام الكمبيوتر العملاق IBM Blue Gene Q لفهم كيفية عمل الفيروس
شاهد محاكاة ثلاثية الأبعاد لحركة فيروس الأنف البشري ، الفيروس المسبب لنزلات البرد. تم إنتاج المحاكاة بمساعدة الكمبيوتر العملاق IBM Blue Gene / Q.
© جامعة ملبورن ، فيكتوريا ، أستراليا ( شريك بريطاني للنشر )
وضع هذا التقدم في الحوسبة الباحثين على وشك أن يكونوا قادرين ، لأول مرة ، على إجراء محاكاة حاسوبية على أساس فيزياء المبدأ الأول - وليس مجرد نماذج مبسطة. وقد أدى هذا بدوره إلى زيادة احتمالات تحقيق اختراقات في مجالات مثل الأرصاد الجوية وتحليل المناخ العالمي ، والتصميم الصيدلاني والطبي ، والمواد الجديدة ، وهندسة الطيران . يبقى أكبر عائق أمام تحقيق الإمكانات الكاملة للحواسيب العملاقة هو الجهد الهائل المطلوب لكتابة البرامج بطريقة يمكن من خلالها تشغيل جوانب مختلفة من المشكلة في وقت واحد من قبل أكبر عدد ممكن من المعالجات المختلفة. حتى إدارة هذا في حالة أقل من عشرة معالجات ، كما هو شائع في أجهزة الكمبيوتر الشخصية الحديثة، قاومت أي حل بسيط ، على الرغم من أن مبادرة المصدر المفتوح لشركة IBM ، بدعم من مختلف الشركاء الأكاديميين والشركات ، أحرزت تقدمًا في التسعينيات والعقد الأول من القرن الحادي والعشرين
ولها قدرات تخزينية هائلة جدا وسعرها يصل إلى ملايين دولارات وهي لا تصلح للاسخدام الشخصي أو على مستوى شركة او مؤسسة .
بل تستخدم على مستوى الدول ومراكز الأبحاث ويستخدم هذا النوع من الحواسيب للقيام بمهام لا يمكن للحواسيب العادية القيام بها وبعض هذه الحواسيب تصنع و بسرية عالية ولم يتم الكشف عنها إلا بعد خروجها من الخدمة وخصوصا في المجالات العسكرية.
الدول المتقدمة في المجال الحواسيب العملاقة
تعتبر الصين والولايات المتحدة الأمريكية من افضل الدولة في هذا المجال وهناك دول أخرى مثل ألمانيا واليابان وفرنسا هي الدول الرائدة عالميا .
دول تملك الحواسيب العملاقة عربيا
أما عربيا المملكة العربية السعودية لديها أقوى حاسوب
عملاقة من بين كل الدول العربية تحاول الدول المتقدمة الوصول إلى أقوي الحواسيب العملاقة بينما دولنا العربية متخلف جدا في هذا المجال ما زال أقوى حاسوب عملاق عربي لا يستطيع منافسة الحواسيب المتصدر عالمية بغض النظر عن انها مستوردة من الدول المتقدمة وليس صناعة محلية .