نبرد برای ساخت قدرتمندترین اَبَرکامپیوتر دنیا

جایگاه تیانهی-2 به عنوان سریع‌ترین ابرکامپیوتر دنیا در خطر است، چرا که به تازگی سازمان انرژی آمریکا اعلام کرده است برای ساخت سریع‌ترین کامپیوتر دنیا تا سال 2018، بودجه‌ای 200 میلیون دلاری در نظر گرفته است. اما نکته‌ی جالب اینجاست که در سال 2018 با اتمام کار ساخت این ابرکامپیوتر به نام آئورا، ممکن است آئورا سریع‌ترین ابرکامپیوتر زمان خود نباشد، چرا که علاوه بر آمریکا دولت‌های دیگر نیز درصدد کسب این عنوان هستند و تلاش‌های خود را آغاز کرده‌اند و شاید تا سال 2018 بتوانند ابرکامپیوتری سریع‌تر از آن بسازند.

نبرد سنگینی در جریان است تا کشورهای مختلف افتخار کسب عنوان سریع‌ترین ابرکامپیوتر دنیا و گذر از پتا و ورود به اکزا را به نام خود ثبت کنند.

دلایل متعددی وجود دارد که عزم دولت‌های مختلف را برای ساخت این ابرکامپیوترها، جدی‌تر می‌کنند. از این دلایل می‌توان به ابهت بین‌المللی، پیشرفت علمی و مهم‌تر از همه افزایش امنیت ملی، اشاره کرد، و البته کسب درآمد که از دیگر پیامدهای در دست داشتن این فناوری است.

برای دولت‌ها، دانشمندان، ریاضیدانان و مهندسان، دلایلی فراوانی وجود دارند تا بخواهند به سریع‌ترین کامپیوتر دنیا دسترسی داشته باشند. وجود این کامپیوتر برای مدل کردن سیستم‌های بزرگ مانند الگوهای آب و هوایی و حتی ریزترین آن‌ها مانند زیست‌شناسی در ابعاد سلولی، ضروری است. آن‌ها می‌توانند مبدا حوادث گوناگون از جمله چگونگی تشکیل جهان هستی را با این کامپیوترها درک کنند. این کامپیوترها حتی دستاوردهایی برای افراد عادی نیز داشته‌اند. پیش‌بینی وضعیت آب و هوا، خودروهایی که در تصادف آسیب کم‌تری می‌بینند، همه از مواردی هستند که زندگی انسان‌های عادی را نیز بهبود ببخشیده‌اند. جالب است بدانید شرکت پرینگلز، از ابرکامپیوترها برای تعیین شکل مناسب‌ چیپس‌های این شرکت بهره برده است تا چیپس‌ها در حین حمل و نقل، درون بسته‌بندی خرد نشده و شکل خود را از دست ندهند.

اما چه عاملی یک کامپیوتر را "اَبَر"کامپیوتر می‌کند؟ این اسم جنبه‌ی نسبی دارد چرا که اگر می‌خواهید کامپیوتری "ابر"کامپیوتر شود، باید از همه‌ی کامپیوترهای موجود قدرتمندتر باشد. در حال حاضر این کامپیوترها با پردازش میلیون‌ها عمل به‌طور موازی ساخته می‌شوند. پردازش بصورت کلاد (اَبری) اما مورد قبول نیست و باید همه‌ی اجزای این کامپیوتر در یک اتاق باشند.

دلیل مشخصی برای این عامل وجود دارد. کامپیوترهای زیادی می‌توانند در اقصی نقاط دنیا به‌ هم متصل شوند و میلیون‌ها عمل را به‌طور هم‌زمان انجام دهند، اما برای انتقال داده بین این کامپیوترها گاه تا چندین ثانیه زمان لازم است. اعمال ابرکامپیوترها در معیار نانوثانیه انجام می‌شوند و این چند ثانیه می‌تواند سرعت را حتی تا میلیون‌ها برابر کاهش دهد و این نقطه‌ی پایانی برای مزایای ساخت یک ابرکامپیوتر به شکل کلاد است.

سیمون و همکارانش از اوایل 1990 میلادی، قدرتمندترین کامپیوترهای دنیا را رده‌بندی می‌کنند. کامپیوترهای ژاپنی و آمریکایی تا سال 2011 میلادی در صدر رده بندی بودند، تا اینکه کامپیوتر چینی رده‌ی اول را در آن سال به خود اختصاص داد. البته باید گفت که این رده‌بندی مربوط به کامپیوترهایی است که دولت‌ها اقدام به ساخت آن‌ها کرده‌اند و شرکت‌های خصوصی مانند گوگل ممکن است کامپیوترهای قدرتمندتری داشته باشند، اما تمایلی ندارند تا به طور علنی آن را اعلام کنند و جلوی دید همگان کامپیوترهایشان مورد آزمایش قرار بگیرند. با این وجود، کشور آمریکا 231 کامپیوتر از قوی‌ترین کامپیوترهای دنیا را در خود جا داده است.

در سال‌های اخیر، پیشرفت‌های بزرگ سخت‌تر شده‌اند. با بودجه‌ی کافی و استفاده از فناوری موجود، می‌توان روز به روز کامپیوترهای قدرتمند‌تری ساخت، اما با استفاده از فناوری کنونی، ساخت ابرکامپیوترهای قدرتمندتر نیاز به مصرف انرژی بسیار بالایی خواهند داشت. برای مثال کمیته‌ای در سازمان انرژی آمریکا طی گزارشی اعلام کرد برای ساخت کامپیوترهایی که بتوانند در حد اکزافلاپ پردازش کنند، نیاز به 2000 مگاوات ظرفیت و تولید 4.2 میلیارد کیلووات ساعت انرژی در سال است. عددی معادل با انرژی مورد نیاز 350 هزار خانه در یک سال! در گزارشی جدید، این کمیته بزرگترین چالش برای ساخت ابرکامپیوترهای قدرتمندتر را بهبود مصرف انرژی، اعلام کرد.

در حال حاضر، تیانهی-2 برای رسیدن به 33.86 پتافلاپ از 17.8 مگاوات نیرو بهره می‌برد. هدف دولت آمریکا پیشی‌گرفتن از این عدد و رسیدن به مقدار اکزافلاپ در سال 2023، با بهر‌ه‌گیری از نیرویی در حدود 20 مگاوات است. یعنی باید کامپیوتر ساخت آن‌ها چندین هزار برابر در زمینه‌ی مصرف انرژی نسبت به فناوری کنونی، عملکرد بهتری از خود نشان دهد.

یک روش برای کم کردن مصرف انرژی، کم کردن فاصله‌ی اجزای یک کامپیوتر است. حتی نانومترها در این مسئله نقش تعیین‌کننده‌ای دارند. روش دیگر حذف سیم‌های پرمصرف مسی و جایگزینی آن‌ها با اتصالات نوری است، که البته نیاز به انقلابی بزرگ در صنعت کامپیوتر و زیرساخت‌های آن خواهد داشت.

یک دلیل ساده برای داشتن قدرتمندترین ابرکامپیوتر وجود دارد، و آن اینکه صاحبان این فناوری می‌توانند پیشرفت‌های علمی آینده را رهبری کنند.