تقاضا برای سیستمهای محاسباتی بسیار کارآمد، قابل اعتماد، قوی که قادر به عملکرد بالاتر و با نیازهای کمتر هستند، به دلیل تکامل مداوم و کاربرد فناوری در زمینه‌های پیشرفته، مانند مهندسی، پزشکی، مالی یا اکتشاف فضایی، افزایش قابل‌توجهی را تجربه میکند. سرعت پردازش، ذخیره سازی و قابلیت های شبکه جنبه های حیاتی راه حل های محاسباتی هستند، اینجاست که محاسبات سنگین (HPC) وارد بازی می شود.
محاسبات با کارایی بالا hpc چیست؟
محاسبات با کارایی بالا یا hpc مخفف High performance computing، عمل ترکیب قدرت محاسباتی برای ارائه عملکردی بسیار بیشتر از یک کامپیوتر معمولی است. با استفاده از سیستم های پردازش داده موازی که در آن چندین سرور با هم کار می کنند تا یک کار را تکمیل کنند، به دست می آید.
HPC عملکرد محاسباتی را افزایش می دهد و به محاسبات پیچیده و برنامه های پیشرفته اجازه می دهد تا به راحتی انجام شوند. به عنوان مثال، یک پردازنده 3 گیگاهرتزی در یک لپتاپ معمولی می‌تواند تا 3 میلیارد محاسبه را در یک ثانیه انجام دهد، در حالی که HPC قادر است سرعت‌های بسیار بالاتری داشته باشد: می‌تواند چهار میلیارد محاسبات را در یک ثانیه انجام دهد. نمونه ای از این فناوری ابر رایانه است.
سیستم HPC برای پاسخگویی به تقاضای رو به رشد برای سرعت‌های محاسباتی سریعتر، قابل اطمینان‌تر و مقیاس‌پذیرتر توسعه داده شد. در حال حاضر این سیستم‌ها الگوریتم‌ها، معماری کامپیوتر، نرم‌افزار سیستم، اپلیکیشن‌ها و برنامه‌های تخصصی، حسگرهای پیشرفته و غیره را گرد هم می‌آورند. آنها در محیط هایی با کارایی بالا که سرعت، دقت و قابلیت اطمینان را در اولویت قرار می دهند، استفاده می شوند.
HPC چگونه کار می کند؟
یک سیستم محاسباتی استاندارد مشکلات را عمدتاً با استفاده از محاسبات سریالی حل می کند – حجم کار را به دنباله ای از وظایف تقسیم می کند و سپس وظایف را یکی پس از دیگری در همان پردازنده اجرا می کند.
در مقابل، HPC از اهرم استفاده می کند
انبوه محاسبات موازی چندین کار را به طور همزمان بر روی چندین سرور یا پردازنده رایانه اجرا می کند. محاسبات موازی انبوه، محاسبات موازی با استفاده از ده ها هزار تا میلیون ها پردازنده یا هسته پردازشگر است.
یک خوشه HPC از چندین سرور کامپیوتری پرسرعت، با یک زمانبندی متمرکز که حجم کار محاسباتی موازی را مدیریت می کند تشکیل شده است. این رایانه‌ها که گره‌ها نامیده می‌شوند، از پردازندههای چند هسته‌ای با کارایی بالا یا به احتمال زیاد امروزه از GPU (واحدهای پردازش گرافیکی) استفاده میکنند که برای محاسبات دقیق ریاضی، مدل‌های یادگیری ماشین و کارهای گرافیکی بسیار مناسب هستند. یک خوشه HPC می تواند شامل 100000 یا بیشتر گره باشد.
تمام منابع محاسباتی دیگر در یک خوشه HPC (شبکه، حافظه، ذخیره سازی و سیستم های فایل) اجزایی با سرعت بالا، بازده بالا و تاخیر کم هستند که می توانند همگام با گره ها و بهینه سازی قدرت محاسباتی باشند.
ویژگی های سیستم محاسبات سنگین
سیستم HPC دارای سه دسته اصلی از اجزاء است: محاسبات، ذخیره سازی و شبکه. محاسبات شامل همه چیزهایی است که برای اجرای محاسبات و نرم افزارهای حیاتی لازم است، این شامل مادربرد، رم، CPU، هارد دیسک و غیره می شود. حافظه های ذخیره سازی، داده های ضبط شده را ذخیره می کنند و اطمینان حاصل می کنند که هر زمان که نیاز باشد به راحتی در دسترس هستند. شبکه‌ها، سیستم را با کاربران متصل میکنند و امکان دسترسی به منابع حیاتی مانند رایانه‌های راه دور و اینترنت را می‌دهند.
یک سیستم معماری HPC کارآمد شامل اتصال چندین سرور در یک خوشه است که به طور همزمان الگوریتم ها و برنامه های نرم افزاری را برای تکمیل وظایف مختلف اجرا می کنند. به منظور ذخیره یا دسترسی به اطلاعات لازم، خوشه به سیستم های ذخیره سازی داده متصل می شود.
هر جزء از زیرساخت HPC باید همگام با اجزای دیگر باشد تا حداکثر کارایی را تضمین کند. این بدان معنی است که تمام سیستم های شبکه باید توانایی پشتیبانی از انتقال داده با سرعت بالا بین سرورهای محاسباتی و ذخیره سازی داده را نیز داشته باشند.
قابلیت های جستجوی قدرتمند
HPC دارای قابلیت های جستجوی قدرتمندی است که به کاربران اجازه می دهد به راحتی بین فایل ها، برنامه ها و پایگاه های داده حرکت کنند. این ویژگی ها سطح خوبی از راحتی را برای تعامل منظم با رایانه فراهم می کند.
مرور فهرست پیشرفته
HPC مکانیسم های پیشرفته ای دارد که امکان مرور از طریق استانداردهای دایرکتوری را فراهم می کند. به این ترتیب، کاربران می توانند فهرست های دایرکتوری هاست های توزیع شده را در حافظه پنهان ذخیره کنند تا بتوانند به سرعت دایرکتوری های بازدید شده قبلی را دوباره نمایش دهند.
مدیریت احراز هویت
برای تسهیل احراز هویت و دسترسی به سیستم، HPC ذخیره و استفاده مجدد از اتصالات قابل اعتماد را فعال می کند. این به این معنی است که اطلاعات احراز هویت را می توان در طول یک جلسه ذخیره کرد و دفعه بعد که می خواهید از سیستم استفاده کنید مجدداً استفاده کنید.
انتقال فایل با کشیدن و رها کردن
این قابلیت انتقال سریع فایل را امکان پذیر می کند و تجربه کاربر را بهبود می بخشد، به خصوص در هنگام مواجهه با مجموعه داده های بسیار بزرگ.
همگام سازی دایرکتوری
HPC امکان همگام سازی دایرکتوری های راه دور یا محلی را فراهم می کند، این امکان جایگزینی فایل های قدیمی (در پوشه مقصد) با نسخه های جدیدتر در فایل/پوشه منبع را فراهم می کند.
چرا محاسبات با عملکرد بالا مهم است؟
HPC چندین دهه است که نقش مهمی در دنیای تحقیق و نوآوری ایفا کرده است. مهندسان، طراحان، دانشمندان و دیگر متخصصان از قدرت این فناوری برای دستیابی به پیشرفت‌های چشمگیر استفاده کرده‌اند.
در ادامه به لیست مزایای اصلی آن می پردازیم:
سرعت بالا
HPC برای پردازش با سرعت بالا طراحی شده است. این به معنای انجام محاسبات عظیم در عرض چند ثانیه است، کارهایی که اگر از پردازندههای معمولی استفاده می‌شد هفته‌ها یا حتی ماه‌ها طول می‌کشید.
کاهش هزینه
از آنجایی که سیستم های HPC سرعت پردازش بالایی دارند، برنامه ها سریعتر اجرا می شوند و بنابراین پاسخ به محاسبات پیچیده به سرعت به دست می آید. محاسبات سریع منجر به صرف هزینه و زمان کمتر برای انجام وظایف می شود. علاوه بر این، استارت‌آپ‌ها و کسب‌وکارهای کوچک می‌توانند بارهای کاری HPC را با استفاده از HPC مبتنی بر ابر اجرا کنند، زیرا آنها فقط هزینه‌هایی را که استفاده میکنند پرداخت میکنند و می‌توانند در زمان و مکان مورد نیاز مقیاس کنند.
کاهش شواهد فیزیکی
بیشتر برنامه های فعلی قبل از استفاده در بازار نیاز به آزمایش های فیزیکی دارند. سیستمهای HPC می‌توانند شبیه‌سازی‌ها را ایجاد کنند و در نتیجه نیاز به آزمایش فیزیکی را که می‌تواند پرهزینه و مستعد خطا باشد، از بین ببرد.
HPC یک فناوری است که از خوشههایی از پردازندههای قدرتمند که به صورت موازی کار میکنند، برای پردازش مجموعه دادههای چند بعدی عظیم (دادههای بزرگ) و حل مشکلات پیچیده با سرعت بسیار بالا استفاده میکند. سیستمهای HPC معمولاً با سرعتی بیش از یک میلیون برابر سریعتر از سیستمهای دسکتاپ، لپتاپ یا سرور کار میکنند.
hpc مخفف کلمه High performance computing به معنی محاسبات با کارایی بالا می باشد. High performance computing امکان پردازش داده ها و انجام محاسبات پیچیده با سرعت بالا را دارد.