محاسبات با کارایی بالا یا HPC چیست؟

در این مقاله با مفهوم HPC و کاربردهای آن آشنا می‌شویم.

یکی از شناخته‌شده‌ترین انواع راه حل‌های HPC، ابررایانه‌ها هستند. یک ابررایانه شامل هزاران گره محاسباتی است که برای اجرای یک یا چند کاربرد با هم کار می‌کنند. به این کار پردازش موازی گفته می‌شود. این شبیه به داشتن هزاران رایانه شخصی است که با هم شبکه شده‌اند و قدرت محاسباتی را برای انجام سریعتر کارها ترکیب می‌کنند.

• کاهش تست فیزیکی: HPC را می‌توان برای شبیه‌سازی استفاده کرد که نیاز به آزمایش‎های فیزیکی را کاهش می‌دهد. به عنوان مثال، هنگام آزمایش تصادفات خودرو، تولید یک شبیه‌سازی بسیار آسان‌تر و کم‌هزینه‌تر از انجام تست تصادف است.
• سرعت: با استفاده از جدیدترین پردازنده‌ها، پردازنده‌های گرافیکی و شبکه‌های با تأخیر کم همراه با دستگاه‌های ذخیره‌سازی سریع، HPC می‌تواند محاسبات عظیم را در چند دقیقه انجام دهد.
• هزینه: پاسخ‌های سریعتر به معنای اتلاف وقت و پول کمتر است. به‌علاوه، با HPC مبتنی بر ابر، حتی کسب‌وکارهای کوچک و استارت‌آپ‌ها می‌توانند بارهای کاری HPC را اجرا کنند، و فقط برای آنچه استفاده می‌کنند هزینه می‌کنند.
• نوآوری: HPC تقریباً در هر صنعت نوآوری را هدایت می‌کند، این نیرویی است که در پشت اکتشافات علمی پیشگامانه است که کیفیت زندگی مردم را در سراسر جهان بهبود می بخشد!

برای ایجاد یک معماری محاسبات با کارایی بالا، سرورهای محاسباتی با هم در یک خوشه شبکه می‌شوند. برنامه‌ها و الگوریتم‌های نرم‌افزاری به طور همزمان بر روی سرورهای موجود در خوشه اجرا می‌شوند. خوشه از طریق یک شبکه با تاخیر کم به ذخیره‌سازی داده‌ها متصل می‌شود تا داده‌ها را بخواند تا بنویسد. این اجزا با هم به طور یکپارچه عمل می‌کنند تا مجموعه متنوعی از وظایف را انجام دهند.

برخی از سازمان‌ها از استقرار ترکیبی استفاده می‌کنند، به‌ویژه سازمان‌هایی که در زیرساخت‌های داخلی سرمایه‌گذاری کرده‌اند، اما همچنین می‌خواهند از سرعت، انعطاف‌پذیری و صرفه‌جویی در هزینه‌های ابر بهره ببرند. آن‌ها می‌توانند از ابر برای اجرای برخی از بارهای کاری HPC به صورت مداوم استفاده کنند و یا هر وقت که زمان انتظار کارها در صف وظایف (queue time) زیاد شود، به طور موقت به خدمات ابری روی آورند.

• کارایی بالا: ارائه‌دهنده ابر شما باید آخرین نسل پردازنده‌ها، ذخیره‌سازی و فناوری‌های شبکه را داشته باشد و حفظ کند. اطمینان حاصل کنید که آن‌ها ظرفیت گسترده و کارایی سطح بالایی را ارائه می‌دهند که با استقرارهای معمولی در محل مطابقت دارد یا بهتر از آن‌ها است.
• تجربه ارائه خدمات HPC: ارائه‌دهنده ابری که انتخاب می‌کنید باید تجربه عمیقی در اجرای بارهای کاری HPC برای مشتریان مختلف داشته باشد. علاوه بر این، سرویس ابری آن‌ها باید به گونه‌ای طراحی شود که عملکرد مطلوب را حتی در دوره‌های اوج، مانند هنگام اجرای شبیه‌سازی‌ها یا مدل‌های متعدد، ارائه دهد. در بسیاری از موارد، نمونه‌های کامپیوتری bare-metal در مقایسه با ماشین‌های مجازی، عملکرد سازگارتر و قدرتمندتری را ارائه می‌دهند.
• انعطاف پذیری برای جابجایی: بارهای کاری HPC شما باید همانطور که در فضای غیر ابری انجام می‌شود در فضای ابری اجرا شود. پس از اینکه در یک عملیات جابجایی، بارهای کاری را به ابر "همانطور که هست" منتقل کردید، شبیه‌سازی که هفته آینده اجرا می‌کنید باید نتیجه‌ای سازگار با چیزی که یک دهه پیش اجرا کرده‌اید داشته باشد. این در صنایعی که لازم است مقایسه سالانه با استفاده از داده‌ها و محاسبات یکسان انجام شود، بسیار مهم است. به عنوان مثال، محاسبات آیرودینامیک، اتومبیل و شیمی تغییر نکرده‌اند و نتایج نیز نمی‌توانند تغییر کنند.
• بدون هزینه‌های پنهان: خدمات ابری معمولاً بر روی یک مدل پرداختی ارائه می‌شوند، بنابراین مطمئن شوید که دقیقاً درک می‌کنید که برای هر بار استفاده از سرویس چه چیزی را پرداخت می‌کنید. بسیاری از کاربران اغلب از هزینه انتقال داده‌های خروجی شگفت‌زده می‌شوند. شاید می‌دانید که باید برای هر تراکنش و درخواست‌های دسترسی به داده پرداخت کنید، اما هزینه‌های خروج به راحتی نادیده گرفته می‌شوند.

با محاسبات ابری دریچه‌های زیادی از نوآوری در ابررایانه‌ها باز شده است. در اینجا پنج ترند برتر در HPC آمده است:

• هوش مصنوعی برای بهبود HPC استفاده خواهد شد.
• محاسبات لبه (Edge computing) بر ارزش و سرعت HPC خواهد افزود.
• HPC به عنوان یک سرویس بیشتر در دسترس خواهد بود.
• استفاده پردازنده گرافیکی در محاسبات در حال افزایش خواهد بود.
• ذخیره‌سازی داده‌های مدرن یک سرمایه‌گذاری حیاتی خواهد بود.

در این مقاله، به مفهوم و کاربردهای HPC پرداختیم. HPC یک حوزه مهم و حیاتی در علوم کامپیوتر و تحقیقات علمی است که از کامپیوترها و سرورهای با عملکرد بسیار بالا برای انجام محاسبات پیچیده استفاده می‌کند. این تکنولوژی امکان انجام تحقیقات پیچیده در علوم مختلف را فراهم می‌کند، از شبیه‌سازی‌های علوم طبیعی گرفته تا تحلیل داده‌های حجیم در حوزه‌های متنوع اقتصادی و اجتماعی. با پیشرفت تکنولوژی‌ها و توسعه سخت‌افزارها و نرم‌افزارهای مرتبط، HPC به عنوان یک ابزار قدرتمند و بی‌نظیر برای پیشبرد تحقیقات و ایجاد نوآوری‌های مهم در دنیای مدرن معرفی می‌شود.