سرور HPC

محاسبات با کارایی بالا (HPC) عمل استفاده از پردازش موازی داده برای بهبود عملکرد محاسباتی و انجام محاسبات پیچیده است. HPC با تجمیع توان محاسباتی به این اهداف دست می یابد، بنابراین حتی برنامه های کاربردی پیشرفته نیز می توانند مطابق با نیازها و انتظارات کاربر، کارآمد، قابل اعتماد و سریع اجرا شوند. بنابراین قدرت بسیار بالاتر و عملکرد بهتری نسبت به رایانه‌ها، ایستگاه‌های کاری و سرورهای سنتی ارائه می‌کند.

نیاز به محاسبات با کارایی بالا (HPC)

در دنیای مدرن، اکتشافات و اختراعات پیشگامانه تنها با فناوری، داده ها و محاسبات پیشرفته امکان پذیر است. همانطور که فناوری‌های پیشرفته مانند هوش مصنوعی (AI)، یادگیری ماشین (ML) و IoT در حال تکامل هستند، به حجم عظیمی از داده نیاز دارند. آنها همچنین به محاسبات با کارایی بالا نیاز دارند زیرا سیستم های HPC می توانند چهار میلیارد محاسبه در ثانیه انجام دهند، در مقایسه با لپ تاپ ها یا دسکتاپ های معمولی که می توانند حداکثر 3 میلیارد محاسبه در ثانیه (با پردازنده 3 گیگاهرتز) انجام دهند.

HPC به طور خاص به دلایل زیر مورد نیاز است:

راه را برای نوآوری های جدید در علم، فناوری، تجارت و دانشگاه هموار می کند.

سرعت پردازش را بهبود می بخشد، که می تواند برای بسیاری از انواع عملیات محاسباتی، برنامه ها و بارهای کاری حیاتی باشد.

این کمک می کند تا پایه و اساس یک زیرساخت فناوری اطلاعات قابل اعتماد و سریع ایجاد شود که می تواند حجم عظیمی از داده ها را برای برنامه های مختلف ذخیره، پردازش و تجزیه و تحلیل کند.

مزایای HPC

HPC به غلبه بر موانع محاسباتی متعددی که رایانه‌های شخصی و پردازنده‌های معمولی معمولاً با آن‌ها مواجه هستند، کمک می‌کند. مزایای HPC بسیار زیاد است و شامل موارد زیر می شود.

سرعت های بالا

HPC عمدتاً در مورد پردازش سریع رعد و برق است، به این معنی که سیستم های HPC می توانند مقادیر زیادی از محاسبات را خیلی سریع انجام دهند. در مقایسه، پردازنده‌های معمولی و سیستم‌های محاسباتی برای انجام این محاسبات بیشتر طول می‌کشند – روزها، هفته‌ها یا حتی ماه‌ها.

سیستم‌های HPC معمولاً از جدیدترین پردازنده‌ها و پردازنده‌های گرافیکی و همچنین پارچه‌های شبکه با تأخیر کم و دستگاه‌های ذخیره‌سازی بلوک برای بهبود سرعت پردازش و عملکرد محاسباتی استفاده می‌کنند.

هزینه کمتر

از آنجایی که یک سیستم HPC می‌تواند سریع‌تر پردازش شود، برنامه‌ها می‌توانند سریع‌تر اجرا شوند و به سرعت پاسخ دهند و در زمان یا هزینه صرفه‌جویی کنند. علاوه بر این، بسیاری از این سیستم‌ها در حالت‌های «پرداخت به‌موقع» در دسترس هستند و می‌توانند در صورت نیاز، افزایش یا کاهش پیدا کنند و مقرون به صرفه بودن آن‌ها را بیشتر بهبود ببخشند.

کاهش نیاز به آزمایش فیزیکی

بسیاری از برنامه های امروزی قبل از اینکه برای استفاده عمومی یا تجاری منتشر شوند، نیاز به آزمایش فیزیکی زیادی دارند. وسایل نقلیه خودران یک نمونه است. محققان برنامه، توسعه‌دهندگان و آزمایش‌کنندگان می‌توانند شبیه‌سازی‌های قدرتمندی را با استفاده از سیستم‌های HPC ایجاد کنند، بنابراین نیاز به آزمایش‌های فیزیکی پرهزینه یا مکرر را به حداقل می‌رسانند یا حتی از بین می‌برند.

← مرکز محاسبات سریع شبیه‌سازان امیرکبیر  →

اینجا کلیک کنید!

تعاملات بین اجزا

مهم است که این اجزای مختلف با سرعت یا سطوح عملکردی مشابه کار کنند. اگر آنها نتوانند با یکدیگر همگام شوند، HPC نمی تواند اتفاق بیفتد و کل سیستم از کار می افتد. به عنوان مثال، سرورها باید داده ها را به طور موثر از اجزای ذخیره سازی دریافت و پردازش کنند، در حالی که این اجزا باید بتوانند به سرعت داده ها را به سرورها برای پشتیبانی از HPC تغذیه کنند. به طور مشابه، اجزای شبکه باید از انتقال یکپارچه داده با سرعت بالا بین اجزای دیگر پشتیبانی کنند.

سیستم های HPC می توانند انواع مختلفی از بارهای کاری را اجرا کنند. دو نوع محبوب، بار کاری موازی و محکم هستند.

در بارهای کاری موازی، مسائل محاسباتی به وظایف کوچک و مستقلی تقسیم می شوند که می توانند به صورت موازی با سرعت بسیار بالا اجرا شوند. اغلب، این حجم های کاری با یکدیگر ارتباط برقرار نمی کنند. نمونه‌هایی از این حجم کاری شامل شبیه‌سازی ریسک، شبیه‌سازی لجستیک، جستجوی متنی و مدل‌سازی مولکولی است.

هنگامی که بارهای کاری به وظایف کوچکتر تقسیم می شوند و به طور مداوم با یکدیگر در حین انجام پردازش خود ارتباط برقرار می کنند، گفته می شود که آنها به شدت مرتبط هستند. این معمولاً با بارهای کاری در گره های مختلف در یک خوشه اتفاق می افتد. برخی از نمونه‌های متداول بارهای کاری بهم پیوسته عبارتند از: شبیه‌سازی برخورد خودرو، شبیه‌سازی مکانی، مدل‌سازی پیش‌بینی آب و هوا و مدیریت ترافیک.

هر دو نوع بار کاری به سرعت پردازش بالا و خروجی دقیق نیاز دارند که برای آن HPC مورد نیاز است.

محاسبات با عملکرد بالا، بهبود HPC

نکاتی برای افزایش سرعت HPC، پس از نصب

کاربردهای HPC

HPC در بسیاری از سناریوهای واقعی برای حل مشکلات پیچیده در علم، تجارت و مهندسی استفاده می شود. برخی از موسسات دانشگاهی نیز از سیستم های HPC استفاده می کنند. برخی از سازمان های دولتی، به ویژه ارتش، برای کاربردهای پیچیده به HPC متکی هستند. همانطور که تقاضا برای قدرت و سرعت پردازش برای برنامه های کاربردی دنیای واقعی افزایش می یابد، HPC احتمالاً به مشاغل در هر اندازه، به ویژه برای پردازش تراکنش ها و انبارهای داده علاقه مند خواهد شد.

سیستم های HPC در بسیاری از صنایع دیگر نیز مورد استفاده قرار می گیرند، از جمله موارد زیر:

ساخت. برای طراحی، ساخت و آزمایش محصولات جدید با استفاده از شبیه سازی.

مراقبت های بهداشتی. تحقیق و توسعه واکسن‌ها، داروها و درمان‌های جدید برای بیماری‌ها؛ بهبود تکنیک های غربالگری؛ و برای تشخیص دقیق تر بیمار.

رسانه و سرگرمی. برای ایجاد انیمیشن‌ها و جلوه‌های ویژه، رمزگذاری فایل‌های رسانه‌ای، پشتیبانی از ویدئوهای پرسرعت و پخش رویدادهای زنده و ایجاد سرگرمی همهجانبه با استفاده از واقعیت افزوده هوافضا. برای آموزش پرسنل و ایجاد شبیه سازی های حیاتی برای آزمایش هواپیما.

نفت و گاز. برای آزمایش مدل‌های مخزن، مکان‌یابی منابع نفت و گاز، انجام تحلیل‌های فضایی و انجام جریان سیال و شبیه‌سازی‌های پردازش لرزه‌ای.

خودرو. برای شبیه سازی تست های تصادف در صنعت خودرو که هزینه کمتری نسبت به تست های فیزیکی دارند.

خدمات مالی. برای خودکار کردن معاملات، تقلب کارت اعتباری را شناسایی کنید و روند سهام را در زمان واقعی دنبال کنید.

هواشناسی. برای پیش بینی و ردیابی طوفان ها و دیگر الگوهای آب و هوایی غیر معمول.

ابرکامپیوتر یکی از شناخته شده ترین نمونه های HPC است که در آن یک کامپیوتر بزرگ از تعداد زیادی کامپیوتر و پردازنده تشکیل شده است که با هم کار می کنند تا به پردازش موازی و عملکرد بالا دست یابند.

چالش های موجود در استقرار HPC

اگرچه HPC در دهه‌های اخیر پیشرفت زیادی کرده است، اما برخی از موانع همچنان مانع پذیرش گسترده HPC می‌شوند:

سرمایه راه اندازی ایجاد محیط برای HPC مستلزم سرمایه گذاری های قابل توجهی است که معمولاً شرکت های کوچک توانایی پرداخت آن را ندارند.

هزینه های جاری مدیریت مداوم و سایر هزینه های عملیاتی می تواند مانع بزرگی باشد.

زیرساخت های قدیمی در محل. با افزایش سن تجهیزات در محل، می تواند عملکرد HPC را کاهش دهد.

نیاز به ارتقاء مکرر سیستم های HPC باید به طور مداوم ارتقا داده شوند تا سطح عملکرد خود را حفظ کنند. به تعویق انداختن این به‌روزرسانی‌ها می‌تواند بر کارایی و طولانی‌تر شدن زمان پردازش تأثیر بگذارد.

بسیاری از این موانع به دلیل استقرار سیستم های HPC در محل وجود دارد. فن‌آوری‌های ابری که به‌طور خاص برای بارهای کاری HPC طراحی شده‌اند – و ظرفیت گسترده و گزینه «پرداخت در حین رفتن» را ارائه می‌دهند – می‌تواند راه‌حلی امکان‌پذیر برای این چالش‌ها باشد.

راهنمای جامع HPC را در مرکز داده ببینید، چگونه خدمات HPC قدرت محاسباتی را به سازمان‌های بیشتری می‌آورد و راه‌هایی برای به حداکثر رساندن عملکرد برنامه‌های HPC. همچنین، نحوه پیاده‌سازی پردازنده‌های گرافیکی برای محاسبات با کارایی بالا را بررسی کنید و در مورد محاسبات با عملکرد بالا به عنوان یک سرویس بیاموزید.