مقدمه
با رشد بی سابقه حجم داده ها و پیچیدگی مدلهای یادگیری عمیق ، نیاز به توان محاسباتی فراتر از ابر واحد های سنتی بیش از همیشه احساس می‌شود ابررایانه‌ ها ( High-Performance Computing یا HPC) با ارائه توان محاسباتی در مقیاس اگزافلاپ (۱۰^۱۸ عملیات در ثانیه) و حتی بیش از آن، بستر مناسبی برای توسعه و به کارگیری هوش مصنوعی در مقیاس بزرگ را فراهم کرده‌اند. در این مقاله به بررسی معماری ، کاربردها، چالش‌ها و چشم‌انداز آینده استفاده از ابررایانه ها در کاربردهای هوش مصنوعی AI می‌پردازیم.

۱. ابررایانه چیست و چرا برای هوش مصنوعی AI ضروری است؟

• تعریف ابررایانه : سیستمی متشکل از هزاران پردازنده (CPU/GPU) که با معماری موازی و شبکه‌های میانگره‌ای ، سرعت فوق‌العاده بالا را تضمین می‌کنند.
• اهمیت در هوش مصنوعی :
  • تسریع آموزش مدل‌های بزرگ: مدل‌های چندصد میلیارد پارامتری مانند GPT و PaLM به صدها پتافلاپ اگزافلاپ‌ زمان نیاز دارند
  • شبیه‌سازی و تولید داده: شبیه سازی‌های فیزیکی و تولید داده‌های مصنوعی برای تقویت مدلها در مسایل علمی و مهندسی .

۲. معماری و فناوری های کلیدی در ابررایانه‌های AI

1. پردازنده‌های تخصصی
   • GPU: انویدیا H100 و AMD Instinct MI250X برای شتابدهی محاسبات ماتریسی و تنسوری به کار می‌روند (TOP500).
   • TPU/FPGA: برخی مراکز پژوهشی از پردازنده‌های تانسور شخصی‌سازی شده نیز بهره می‌برند
2. شبکه‌های پرسرعت
   • InfiniBand NDR400 و Slingshot-11 با تأخیر کم و پهنای باند بالا ارتباط گره‌ها را بهینه می‌کنند (TOP500, TOP500)
3. سیستم‌های خنک‌سازی و مدیریت انرژی
   • خنکسازی مایع و هوایی برای مصرف بهینه تا ۲۹ مگاوات انرژی در ابررایانه‌هایی مانند Frontier ضروری میباشد (Reddit) .

۳. معرفی برخی از ابررایانه های برجسته در حوزه AI هوش مصنوعی

۴. کاربردهای اصلی ابررایانه‌ها در هوش مصنوعی

1. آموزش مدل‌های زبان بزرگ ( LLMs )
   • کاهش چشمگیر زمان آموزش از ماه‌ها به چند هفته یا روز.
2. یادگیری تقویتی در مقیاس بزرگ
   • شبیه سازی محیط‌های پیچیده برای روبات‌ها و سیستم‌های خودران
3. بینایی ماشین و تحلیل تصویر
   • پردازش نقشه‌های سه بعدی و تصاویر پزشکی با رزولوشن بالا.
4. شبیه‌سازی علمی و مهندسی
   • مدلسازی پروتئین‌ها ، مواد پیشرفته و دینامیک سیالات با دقت بالا .
5. تجزیه‌وتحلیل داده‌های بزرگ
   • پردازش در لحظه ( real-time) جریان داده‌های IoT و شبکه‌های اجتماعی.

۵. چالش‌ها و موانع پیش‌رو

• هزینه ساخت و نگهداری : سرمایه‌گذاری میلیارد دلاری و هزینه‌های برق و خنک‌سازی بالا.
• مصرف انرژی و اثرات زیست‌محیطی : ابررایانه‌ها می‌توانند تا ده‌ها مگاوات برق مصرف کنند که نیازمند منابع پایدار است
• پیچیدگی نرم‌افزاری: برنامه‌نویسی موازی و بهینه‌سازی کدها برای بهره‌برداری کامل از سخت‌افزار.
• دسترسی و عدالت محاسباتی: بیشتر مراکز ابررایانه در چند کشور متمرکز است و دسترسی محدود به جامعه محققان جهانی .

۶. چشم‌انداز آینده

• روند شرقی‌سازی: رشد سرمایه‌گذاری چین و ژاپن در پروژه‌های اگزاسکیل AI
• رایانش کوانتومی هیبرید: ترکیب ابررایانه‌های کلاسیک و کوانتومی برای مسائلی که از الگوریتم‌های کوانتومی بهره می‌برند
• پایدارسازی انرژی: استفاده از خنکسازی با گاز طبیعی و منابع انرژی تجدید پذیر
• توسعه معماری‌های اختصاصی AI: تراشه ها ی نورومورفیک و پردازنده‌های تانسوری نسل جدید

نتیجه‌گیری

ابررایانه ها به عنوان ستون فقرات فناوری هوش مصنوعی در حال تحول دنیای علم ، صنعت و زندگی روزمره انسان ها هستند. از توسعه نسل جدید داروها تا بهینه‌سازی شبکه‌های انرژی و حمل‌ ونقل هوشمند، بدون بهره از توان محاسباتی HPC، سرعت نوآوری به مراتب کند تر خواهد بود. با وجود چالش‌ های مالی، زیست‌محیطی و نرم‌افزاری، سرمایه‌ گذاری در زیرساخت‌های ابررایانه‌ ای و توسعه معماری‌های نوین، ضامن پیشرفت چشمگیر در هوش مصنوعی خواهد شد

برای مشاهده مقالات بیشتر در زمینه ابررایانه و هوش مصنوعی، دیگر مقالات ما را مطالعه فرمایید 😉

کلمات مرتبط:

ابررایانه، هوش مصنوعی، ابررایانه برای AI، محاسبات پیشرفته، یادگیری عمیق، آموزش مدل‌های بزرگ زبان، GPU برای هوش مصنوعی، TPU چیست، پردازنده‌های موازی، مصرف انرژی در ابررایانه‌ها، معماری HPC، شتاب‌دهنده هوش مصنوعی، ابررایانه‌های جهان، مزایای استفاده از ابررایانه برای هوش مصنوعی، ابررایانه‌ها چگونه مدل‌های هوش مصنوعی را آموزش می‌دهند، نقش GPU در ابررایانه‌های AI، مقایسه ابررایانه‌های معروف برای یادگیری ماشین، بهترین ابررایانه‌های دنیا برای هوش مصنوعی، مصرف برق ابررایانه‌های AI چقدر است؟، آینده استفاده از ابررایانه در توسعه هوش مصنوعی

ابر کامپیوتر ها و قدرتی که خیال را به واقعیت تبدیل ساخته است

کامپیوترهای قدرتمند و غول پیکر در به واقعیت پیوستن بسیاری از فرضیه های علمی و نظریه های دست نیافتنی نقش اساسی داشته اند. ابر کامپیوترهای جهان با قدرت و قابلیت های پیشرفته خود در شبیه سازی بسیاری از نظریه ها، انجام محاسبات پیچیده و پردازش های موازی و … به یاری محققان و دانشمندان آمده اند.

در ادامه شما را با تعدادی از ابر کامپیوترهای جهان بیشتر آشنا خواهیم کرد.

قوی ترین و مطرح ترین ابر کامپیوترهای جهان

ابر کامپیوتر Frontier در آمریکا

این ابر کامپیوتر در سال 2022 توسط شرکت Hewlett Packard Enterprise تولید شد. این دستگاه، اولین ابر رایانه اگزا مقیاس در زمان خود بوده و این به معنای قدرت این سیستم در انجام حداقل یک تریلیون محاسبه در ثانیه می باشد.

ابر کامپیوتر Frontier در آمریکا

ابر رایانه Fugaku در ژاپن

در سال 2020 و پیش از ظهور فرانتیر، این سیستم یکی از مطرح ترین ابر کامپیوترهای جهان بوده که توسط شرکت ژاپنی فوجیتسو طراحی و ساخته شده است. این سیستم دارای توان 442 پتافلاپس  بوده و قادر است 442 کوآدریلیون محاسبه را در هر ثانیه به انجام رساند.

ابر کامپیوتر LUMI در فنلاند

در سال 2022 یکی از سریع ترین ابر کامپیوترهای اروپا با عنوان زیرساخت مدرن یکپارچه بزرگ ( به اختصار LUMI ) تولید شد. این سیستم قدرتمند، توانی معادل 151.9 پتافلاپس را دارا می باشد.

ابر کامپیوتر LUMI در فنلاند

ابر رایانه Summit در آمریکا

شرکت مطرح و قدرتمند IBM، در سال 2018 به منظور اجرای پروژه ها و انجام تحقیقات علمی، یکی از مطرح ترین ابر کامپیوترهای جهان را با نام Summit در آمریکا راه اندازی کرد. این ابر رایانه از توانی معادل 148.6 پتافلاپس برخوردار است.

ابر رایانه Summit در آمریکا

ابر رایانه Sierra در آمریکا

در سال 2018 و همگام با طراحی و تولید ابر کامپیوتر سامیت، Sierra نیز پا به دنیای دیجیتال و کامپیوترهای غول آسا گذاشت. این ابر رایانه، از نظر معماری و پردازنده های گرافیکی شباهت زیادی به سامیت دارد. هدف از راه اندازی این سیستم انجام شبیه سازی های سلاح های هسته ای آمریکا بوده است.

ابر رایانه Sierra در آمریکا

مطالب مرتبط:

ابر کامپيوتر

1. چرا باید ابر کامپیوتر اجاره کرد؟

در دنیای امروز، با توسعه فناوری‌های ابری، اجاره ابر کامپیوتر به عنوان یکی از راه حل‌هایی برای نیازهای پردازشی شرکت‌ها و سازمان‌ها به شمار می‌رود. با استفاده از این راه حل، شما می‌توانید به سرعت و با کمترین هزینه، به منابع پردازشی که نیاز دارید دسترسی پیدا کنید. اجاره ابر کامپیوتر به شما این امکان را می‌دهد که به راحتی و با کمترین هزینه، منابع پردازشی مورد نیاز خود را در اختیار داشته باشید.

2. اجاره ابر کامپیوتر چه سودی دارد؟

با استفاده از اجاره ابر کامپیوتر، شما نیازی به سرمایه‌گذاری بزرگی برای خرید سرورهای پرقدرت ندارید و همچنین نیازی به نگهداری و تعمیرات آن‌ها نیز ندارید. با اجاره ابر کامپیوتر، شما می‌توانید به راحتی و با کمترین هزینه، به منابع پردازشی نیاز دارید دسترسی پیدا کنید. همچنین، با استفاده از این راه حل، شما می‌توانید به راحتی و با سرعت بیشتری پروژه‌های خود را انجام دهید.

3. آیا پرداخت هزینه‌ برای دسترسی به ابر کامپیوتر توجیه اقتصادی دارد؟

اجاره ابر کامپیوتر می‌تواند برای شرکت‌های کوچک و بزرگ به عنوان یک راه حل اقتصادی و کارآمد برای نیازهای پردازشی شان باشد. با استفاده از این راه حل، شما می‌توانید به کمک منابع پردازشی بیشتری، پروژه‌های خود را به راحتی و با سرعت بیشتری انجام دهید در نتیجه درآمد بیشتر خواهید داشت و همچنین با اینکار می‌توانید هزینه‌های اضافی خود را کاهش دهید. این راه حل به شما اجازه می‌دهد که بدون نگرانی از سرمایه‌گذاری بزرگ و هزینه‌های تعمیر و نگهداری، به منابع پردازشی که نیاز دارید دسترسی پیدا کنید. به طور خلاصه، اجاره ابر کامپیوتر یک راه حل اقتصادی و کارآمد برای نیازهای پردازشی شماست و به شما این امکان را می‌دهد تا بدون نگرانی بابت هزینه‌های ساخت و راه‌اندازی یک ابر کامپیوتر، با پرداخت هزینه‌ای به مراتب کمتر تنها بر روی پروژه‌های خود تمرکز کرده و درآمد بیشتری کسب کنید.

مطالب مرتبط:

ابر کامپيوتر

قوی ترین ابر کامپیوتر ایران چیست؟

قوی‌ ترین ابر کامپیوتر ایران به عنوان یکی از موضوعات جذاب و پرکاربرد در زمینه فناوری اطلاعات و علوم کامپیوتر مطرح است. با پیشرفت روزافزون در زمینه فناوری، استفاده از ابر کامپیوترها به عنوان ابزاری برای انجام محاسبات پیچیده و حل مسائل علمی و فنی دارای اهمیت بسیار زیادی می‌باشد. ایران در این زمینه گام‌های مهمی برداشته و ابر کامپیوترهایی با توانایی‌های قدرتمند ایجاد کرده است.

یکی از نمونه‌های برجسته این اقدامات، سیمرغ است که به عنوان قوی ‌ترین ابر کامپیوتر ایران شناخته می‌شود. سیمرغ با استفاده از تکنولوژی مجازی‌سازی و رایانش ابری در دانشگاه صنعتی امیرکبیر طراحی شده و دارای قابلیت پردازشی بسیار بالا است. این ابر رایانه ملی، با ظرفیت و سطح کیفیت بر اساس استانداردهای بین‌المللی ساخته شده است و توانایی پشتیبانی از محاسبات پرسرعت و پیچیده را دارد.

ویژگی‌های بهترین ابر رایانه ایران

یکی از ویژگی‌های بارز و مهم ابر رایانه سیمرغ، افزایش امنیت داده‌ها است. برخلاف نگرانی‌های مربوط به امنیت در محیط‌های ابری، سیمرغ با استفاده از فناوری مجازی‌سازی و رایانش ابری، توانایی افزایش امنیت داده‌ها را دو چندان می‌کند. این افزایش امنیت به دلیل مزایایی از جمله:

1. مجازی‌سازی و انعطاف‌پذیری: با استفاده از مجازی‌سازی، امکان ایجاد محیط‌های جداگانه برای هر سرویس و کاربر فراهم می‌شود. این انعطاف‌پذیری به ارائه خدمات متنوع و افزایش بهره‌وری از منابع موجود کمک می‌کند و در عین حال امنیت داده‌ها را افزایش می‌دهد.
2. استفاده از فناوری‌های پیشرفته: سیمرغ از آخرین فناوری‌های سخت‌افزاری و نرم‌افزاری استفاده می‌کند. این موارد شامل استفاده از پردازنده‌های گرافیکی و نسل جدید می‌شود که امکان اجرای تجزیه و تحلیل کلان داده و هوش مصنوعی را با سرعت بسیار بالا و در مقیاس منطقی فراهم می‌کند.
3. ارتقا به روز و تکنولوژی متناسب: با ارتقا به روز سخت‌افزار و نرم‌افزار، سیمرغ به‌روزترین و قدرتمندترین ابر رایانه کشور می‌باشد. این ارتقا‌ها نقش مهمی در افزایش امنیت داده‌ها و پیشگیری از حملات سایبری ایفا می‌کند.

جایگاه و رتبه قوی ترین سوپر کامپیوتر ایران در دنیا

جایگاه ابر رایانه ملی سیمرغ در بین ابر رایانه‌های برتر دنیا نشانگر پیشرفت و توانایی فناورانه بالای این پروژه است. با توجه به ظرفیت پردازشی ایجاد شده در فاز فعلی، سیمرغ جز ۳۰ کشوری خواهد بود که دارای ابر رایانه‌هایی با ظرفیت پتافلاپ هستند و این امر یک افتخار بزرگ برای جامعه علمی و فناوری ایران محسوب می‌شود.

در حال حاضر، تمامی ۵۰۰ ابر رایانه برتر دنیا ظرفیت پردازشی نامی بالاتر از ۲.۵ پتافلاپ را دارند. با توجه به این که زیرساخت ایجاد شده در دانشگاه صنعتی امیرکبیر هم‌اکنون قابلیت پشتیبانی از توان پردازشی ۵ پتافلاپ را دارد، انتظار می‌رود با بروزرسانی بستر پردازشی، توان پردازشی تا ۵ پتافلاپ در فاز آتی ابر رایانه سیمرغ افزایش یابد و به جایگاهی معادل ۱۵۰ تا ۲۰۰ ابر رایانه برتر دنیا برسد.

مطالب مرتبط:

ابر کامپيوتر