اگر با محاسبات و پردازش داده‌ها در حجم بسیار بالا سروکار دارید، باید بدانید که HPC چیست و چه کاربردی دارد. درک این که ساختار high performance computing چیست و چطور پردازش محاسبات را انجام می‌دهد، برای بررسی دلایل اهمیت این سیستم پردازشی مفید خواهد بود. برای درک بهتر سرعت و عملکرد این سیستم، کافی است آن را با کامپیوترهای معمولی مقایسه کنید. در حالی که یک لپ‌تاپ یا دسکتاپ با پردازنده 3 گیگاهرتزی توان انجام 3 میلیارد محاسبه در ثانیه را دارد، پردازش فوق‌سریع در hcp تا 4 کوادریلیون در ثانیه افزایش پیدا می‌کند. یکی از رایج‌ترین راه‌حل‌های hcp ابررایانه‌ها هستند که از هزاران گره محاسباتی تشکیل شده است. روند عملکرد در ابررایانه‌ها تحت عنوان پردازش موازی شناخته شده و شبکه‌ای قدرتمند از محاسبات را شامل می‌شود. در ادامه، بیشتر درباره این کهHPC چیست صحبت کرده و درباره نحوه عملکرد آن توضیح می‌دهیم.
فهرست مطالب
high performance computing چیست؟
قبل از آن که بخواهیم با جزئیات بیشتری را بررسی کنیم، بیایید مرور کنیم که HPC چیست و چه کاری انجام می‌دهد. به‌طورکلی، HPC یا high performance computing به پردازش محاسبات پیچیده به‌صورت موازی در چندین سرور و با سرعت بالا اشاره دارد. این سرورها تحت عنوان خوشه یا کلاستر (Cluster) شناخته شده و از صدها یا حتی هزاران سرور محاسباتی در یک شبکه تشکیل شده‌اند. هر کامپیوتر در یک خوشه hcp تحت عنوان یک گره یا نود (node) شناخته می‌شود.
خوشه‌ها در hcp دسته‌ای از محاسبات را اجرا کرده و هسته هر خوشه، زمان‌بندی (Scheduler) است. از زمان‌بندی برای پیگیری منابع موجود استفاده شده و برای اختصاص دادن درخواست‌ها به منابع محاسباتی مختلف (CPU و GPU) از طریق شبکه سریع، کاربرد دارد. برای آن که دقیق‌تر بررسی کنیم که معنی high performance computing چیست لازم است بدانید که شامل محاسبه، شبکه و ذخیره‌سازی است.
با وجود آن که حجم داده‌ها بسیار بالا است، اما ابرکامپیوترهای hcp با سرعتی بیش از یک میلیون برابر سریع‌تر از سیستم‌های دسکتاپ یا سرورهای معمولی کار می‌کنند. یک ابررایانه از هزاران گره محاسباتی تشکیل شده که با هم برای رسیدن به اهداف خاصی، کار می‌کنند. حالا که می‌دانیم روند پردازش فوق‌سریع در HPC چیست می‌توانیم جزئیات بیشتری را بررسی کنیم.
دلیل اهمیت HPC چیست؟
به نظر شما دلیل اهمیت HPC چیست و چرا این نوع از پردازش داده‌ها در دنیای امروز اهمیت دارد. پردازش داده‌ها، پایه و اساس اکتشافات علمی پیشگامانه بوده و با تقویت نوآوری‌ها، کیفیت زندگی را برای میلیاردها نفر در سراسر دنیا بهبود می‌بخشد. با تکامل و پیشرفت مداوم فناوری‌هایی مانند اینترنت اشیا یا IoT، هوش مصنوعی و …، حجم داده‌های مختلف در سازمان‌ها هم به‌سرعت بالا می‌رود.
همچنین برای کاربردهایی از جمله پخش استریم، ردیابی رویدادهای زنده، تست محصولات جدید و … در حوزه‌های مختلف، به امکان پردازش داده‌ها به‌صورت real-time نیاز داریم؛ بنابراین، سازمان‌های مختلف برای پیش‌روی از رقبا، لازم است بدانند high performance computing چیست و برای پردازش، ذخیره و آنالیز حجم بالایی از داده‌های خود، از آن استفاده کنند. دانشمندان، مهندسان و محققان برای طیف وسیعی از کاربردها مانند پیش‌بینی آب‌وهوا، اکتشاف نفت و گاز، فیزیک، مکانیک کوانتومی و سایر زمینه‌ها در تحقیقات دانشگاهی و کاربردهای تجاری، به HPC نیاز دارند.
آشنایی با عملکرد HPC
پیش‌ازاین دیدیم که سیستم HPC چیست و شامل سه جزء اصلی محاسبه، شبکه و ذخیره‌سازی است. برای آن که بتوانیم یک معماری محاسباتی با کارایی سطح بالا در این سیستم بسازیم، باید سرورهای محاسباتی در یک کلاستر یا خوشه به شکل شبکه قرار گیرند. سپس برنامه‌ها و الگوریتم‌های نرم‌افزاری هم باید به شکل هم‌زمان روی این سرورها در کلاستر اجرا شوند. سپس کلاستر با ذخیره‌سازی در یک شبکه قرار گرفته و خروجی می‌گیرد. عملکرد تمام این اجزا در کنار هم مجموعه کاملی از وظایف موردنیاز در روند پردازش داده را اجرا می‌کنند.
برخی از مهم‌ترین بخش‌های عملکردی این سیستم را می‌توان در موارد زیر خلاصه کرد:
پیکربندی کلاستر
هر کلاستر HPC از چندین گره یا کامپیوتر تشکیل شده که در یک شبکه پرسرعت به هم متصل شده‌اند. هر گره شامل یک یا چند پردازنده، حافظه و ذخیره‌سازی است.
موازی‌سازی کارها
روند محاسبات به وظایف کوچک‌تر و مستقل که امکان اجرای هم‌زمان روی گره‌های مختلف در کلاستر را دارند، تقسیم می‌شود و این روند، تحت عنوان موازی‌سازی شناخته می‌شود.
توزیع داده‌ها
داده‌های لازم برای انجام محاسبات، بین گره‌ها توزیع می‌شود تا هر گره، بخشی از داده‌ها را پردازش کند.
محاسبات
هر گره بخش داده‌های مربوط به خود را به شکل موازی پردازش کرده و با اشتراک‌گذاری نتایج، کار به شکلی یکپارچه به اتمام می‌رسد.
نظارت و کنترل
در این بخش، ابزارها و نرم‌افزارهایی وجود دارد که عملکرد گره‌ها را مانیتور کرده و کنترل توزیع وظایف و داده‌ها را انجام می‌دهد. این روند، برای اطمینان از انجام کارآمد و مؤثر محاسبات اطمینان حاصل می‌کند.
خروجی
نتیجه نهایی در سیستم hpc، شامل محاسبات ترکیبی انجام شده توسط تمام گره‌های کلاستر است. خروجی نهایی در یک سیستم فایل حجیم و موازی ذخیره شده یا به‌صورت گرافیکی، در تصاویر یا سایر فایل‌های بصری ارائه می‌شود تا درک آن ساده‌تر باشد.
برای آن که سیستم hcp یک روند محاسبه فوق سریع را انجام دهد، باید همه اجزا با هم هماهنگ بوده و بتوانند وظایف خاص خود را به بهترین شکل انجام دهند. برای مثال، بخش ذخیره‌سازی باید با سرعتی هماهنگ با پردازش داده‌ها، آن‌ها را به سرورهای محاسباتی وارد کرده و یا از آن‌ها دریافت کند. همچنین اجزای شبکه باید از انتقال سریع داده‌ها بین سرورهای محاسباتی و ذخیره‌سازی داده پشتیبانی کنند. چنانچه یکی از این اجزا نتواند با سایر جزءها هماهنگ شود، کل عملکرد زیرساخت hcp در محاسبات سریع آن دچار مشکل می‌شود.
کاربرد پردازش فوق سریع در HPC چیست؟
یکی از مهم‌ترین سؤالاتی که ممکن است برای شما به وجود آمده باشد، این است که کاربرد HPC چیست و برای چه کارهایی باید از این سیستم پردازش استفاده کرد. درک این کاربردها به بررسی دقیق‌تر اهمیت این سیستم پردازش فوق سریع کمک می‌کند. برخی از مهم‌ترین عملکردها و موارد کاربرد hcp عبارت‌اند از:
- استفاده از پردازش داده‌ها در آزمایشگاه‌های تحقیقاتی برای کمک به دانشمندان و محققان
- در حوزه رسانه و سرگرمی برای تدوین فیلم‌های طولانی، استفاده از جلوه‌های ویژه و پخش استریم رویدادهای زنده
- در حوزه نفت و گاز برای شناسایی دقیق محل‌های حفاری جدید
- در حوزه هوش مصنوعی و یادگیری ماشینی برای تشخیص تقلب در کارت‌های اعتباری، ارائه پشتیبانی فنی، آموزش وسایل نقلیه خودران، بهبود تکنیک‌های غربالگری سرطان و …
- در حوزه خدمات مالی برای ردیابی روند سهم‌ها به‌صورت بلادرنگ و انجام معاملات خودکار
- برای طراحی محصولات جدید، شبیه‌سازی سناریوهای آزمایش و اطمینان از داشتن قطعات در انبار
- کمک به توسعه روش‌های تشخیصی و درمانی سریع و دقیق‌تر برای بیماری‌هایی مانند دیابت، سرطان و …
همه این کاربردها، اثبات می‌کند که دلیل اهمیت امروزه high performance computing چیست و چرا این سیستم پردازش در حوزه‌های مختلف استفاده می‌شود.
جمع‌بندی
در این مطلب دیدیم که HPC چیست و با ساختار عملکرد آن آشنا شدیم. همچنین دیدیم که کاربردهای high performance computing چیست و چرا استفاده از این سیستم در دنیای امروزه اهمیت دارد. اگر همچنان درباره hcp سؤال دارید می‌توانید از طریق کامنت‌ها با ما به اشتراک بگذارید.
