مراحل ساخت ابر کامپیوتر اگزا اسکیل توسط HPE

بیش از ده سال پیش، پس از دستیابی به دستاوردهای علمی و مهندسی بسیار در سطح جهان با استفاده از ابر کامپیوتر پتا اسکیل، دانشمندان، محققان و مهندسان هنوز نیاز به توان محاسباتی بیشتری برای حل مسائل داشتند.

در این موقعیت، رایانه های اگزا اسکیل ویژه‌ای که ده برابر رایانه‌های پتااسکیل قدرت داشتند، طراحی شدند. نیاز به توان محاسباتی بیشتری برای بهترین درک از سامانه‌های مختلف وجود داشت، سامانه‌ای مثل بدن انسان از داخل یک سلول تا یک عضو کامل آن یا الگوهای آب و هوا از مترها تا کیلومترها.

به همین دلیل هر سال در روز اگزا اسکیل، توانایی 1018، یعنی یک میلیارد میلیارد عملیات در ثانیه و تاثیر تحولی که در کشف علمی و نوآوری دارد، جشن می‌گیریم. پس از دستیابی به دستاورد های علمی و مهندسی بزرگ در سراسر جهان با استفاده از ابر کامپیوتر Petascale، دانشمندان، محققان و مهندسان همچنان به توانایی بیشتر در محاسبات، برای حل مسائل نیاز داشتند.

در این زمان که رایانه‌های Exascale، که ده برابر رایانه‌های پتا اسکیل قدرت داشتند، طراحی شدند. نیاز بیشتر به توان محاسباتی برای بهترین درک از سامانه ای مانند بدن انسان، وجود داشت.

سابقه شرکت HPE در زمینه ابر کامپیوتر و سرور

شرکت Hewlett Packard Enterprise یکی از شرکت‌های بزرگ و معتبر در زمینه فناوری اطلاعات و خدمات مرتبط با آن است. شرکت HPE به عنوان جز اصلی شرکت HP قبل از تقسیم بندی در سال 2015 شکل گرفت و پس از آن به عنوان یک شرکت مستقل فعالیت خود را ادامه داد. این کمپانی در زمینه‌های مختلف از جمله تولید سرور HPE فعالیت دارد، که یکی از اصلی‌ترین فعالیت ان در حوزه‌های ساخت ابرکامپیوترها و ارائه خدمات ابری است.

فعالیت های اصلی HPE

ساخت سرورها و تجهیزات شبکه: HPE سرورها و تجهیزات شبکه پیشرفته‌ای را تولید می‌کند که برای ایجاد زیرساخت‌های ابری بسیار ارزشمند هستند. این تجهیزات شامل سرورهای استاندارد، رک‌های دیتاسنتر، سوئیچ‌ها و روترها می‌شود.
محصولات ذخیره‌سازی: این کمپانی محصولات ذخیره‌سازی را در انواع مختلفی ارائه می‌کند، از ذخیره‌سازی مبتنی بر دیسک تا ذخیره‌سازی ابری. این محصولات به شرکت‌ها کمک می‌کنند تا داده‌های خود را به صورت امن و با کارایی بالا مدیریت کنند.
سیستم‌های مدیریت و نظارت: شرکت HPE نرم‌افزارها و سخت‌افزارهای مدیریتی ارائه می‌دهد که به مدیران، امکان مدیریت و نظارت بر زیرساخت‌های ابری را می‌دهد.
خدمات مدیریت ابری: علاوه بر تولید تجهیزات فیزیکی، HPE خدمات مدیریتی ابری نیز ارائه می‌دهد. این خدمات به شرکت‌ها کمک می‌کنند تا محیط‌های ابری خود را مدیریت کرده و بهینه‌سازی کنند.
استانداردهای امنیتی: HPE به توسعه و اجرای استانداردهای امنیتی برای محصولات و خدمات خود توجه ویژه‌ای دارد تا از محافظت داده‌های مشتریان خود اطمینان حاصل کند.

از طریق این فعالیت‌ها، HPE به شرکت‌ها و سازمان‌ها کمک می‌کند تا بهینه‌سازی زیرساخت‌های خود را انجام دهند و از مزایای ابرکامپیوتینگ برخوردار شوند.

رسیدن HPE به اگزا اسکیل کار آسانی نبود

انجام این کار با با چالش‌های زیادی همراه بود، از طراحی و مهندسی تا مواجهه با محدودیت‌های پیشی بینی نشده که توسط پاندمی جهانی ایجاد شده است. با این حال، این یادگیری‌ها نشان‌دهنده قدرت شرکت HPE و همکاری قوی بین سازمان‌های عمومی و خصوصی برای تحقق نوآوری‌ها است.

ویدیو HPE برای معرفی سوپر کامپیوتر Exascale

طراحی فناوری‌های کاملا جدید برای ابرکامپیوتر اگزا اسکیل

یکی از بزرگ‌ترین چالش‌ها در دستیابی به ابر کامپیوتر اگزا اسکیل، مصرف بسیار زیار انرژی بود. در آن زمان، استفاده از فناوری‌های موجود برای ساخت رایانه اگزافلاپ که ده برابر سرعت بیشتری ارائه می‌دهد، بیش از 600 مگاوات انرژی مصرف می‌کرد. این معادل انرژی یک نیروگاه تولید برق معمولی بود.

دانشگاه‌های ملی وزارت انرژی آمریکا، که شرکت HPE برای دهه‌ها با آنها همکاری کرده است تا پروژه‌های آزمایشگاهی برای محاسبات پیشرفته را پشتیبانی کنند، راه‌حل‌هایی برای کاهش مصرف انرژی در سیستم‌های پتافلاپ ارائه کردند. مهندسان آزمایشگاه Oak Ridge از بهینه‌سازی منابع محاسباتی به صورت آزمایشی استفاده کردند. انها برای تخلیه بار کاری سنگین، محاسبات را از CPU به GPU منتقل کردند.

هرچند این آزمایش‌ها اثرگذار بودند، اما هنوز نیاز زیادی به فناوری کاربردی برای ارائه یک سیستم قابل اعتماد و انعطاف‌پذیر به اندازه اگزا اسکیل و با کارآیی بیشتر حس می‌شد. تیم HPE بعد از یک پروژه تحقیق و توسعه چند ساله به همراه همکاری‌های خصوصی و عمومی، توانستند یک پلتفرم قدرتمند را از ابتدا طراحی کنند که به صورت منحصر به فرد محاسبات منطبق بر مقیاس و عملکرد اگزا اسکیل را پشتیبانی می‌کند.

همچنین هنگام معرفی Frontier، که یک ابر رایانه HPE Cray EX بود، لقب سریع ترین ابر کامپیوتر دنیا را به دست آورد. این پلتفرم جدید در سیستم‌های نسل بعدی برای انجام پروژه‌های علمی و مبتنی بر هوش مصنوعی به کار گرفته شدند.

آماده سازی دیتاسنتر برای اگزا اسکیل و امکانات مرتبط آن

ابر کامپیوتر اگزا اسکیل به مراکزداده پیشرفته نیاز دارد تا نیازهای بالاتر در زمینه انرژی و خنک کنندگی را، پشتیبانی کند. به دلیل مقیاس بزرگ و عملکرد قدرتمند، امکانات مراکز داده باید اصلاحات اساسی در ساختار تجربه کنند.

این پروژه بزرگ و پیچیده، با آماده سازی امکانات موجود در دیتاسنتر هایی که سیستم‌های قدیمی در آنها نگهداری می‌شوند آغاز شد. هر یک از آزمایشگاه‌های میزبان سیستم‌های اگزا اسکیل، موظف به انجام این کار شدند. این به معنای خارج کردن ابر کامپیوتر قدیمی و تخلیه همه چیز از اتاق است، از جمله لوله‌کشی، زیرساخت برق و حتی کف مرکز داده.

هنگام آماده سازی دیتاسنتر برای Frontier، بعد از هفت سال استفاده آزمایشی ابر رایانه Titan، از آن مرکز منتقل شد تا فضایی به مساحت 20 هزار فوت مربع را در دسترس قرار بگیرد. یک تیم تکنسین HPE بیش از یک ماه برای برداشت، خروج و بازیافت 430 هزار پوند اجزای Titan کار کرد تا دیتاسنتر برای نصب Frontier آماده شود. علاوه بر این، باید اتاقی را آماده می‌کردند که دارای 130 هزار گالن آب سرد و پمپ‌های باشد که هر کدام می‌توانند بیش از 6 هزار گالن آب در دقیقه را این ابر کامپیوتر جابجا کنند.

به طور مشابه، ANL و LLNL باید به ارتقاء امکانات خود برای آماده‌سازی سیستم‌های Exascale بپردازند. مخصوصا LLNL باید تمام مرکز محاسباتی که در ابتدا برای محاسبات ترا اسکیل ساخته شده بود و از انرژی کمتری نسبت به رایانه‌های اگزا اسکیل استفاده می‌کرد را به طور کامل بروزرسانی کند. بیش از دو سال است که کارکنان HPE و LLNL همکاری می‌کنند تا طبقه محاسباتی El Capitan را برای نصب آماده کنند.

ساخت اولین ابر رایانه اگزا اسکیل توسط HPE

این کمپانی بزرگ کار خود را برای ارائه، ساخت و آزمایش یک سیستم اگزا اسکیل، با Frontier، برای اولین بار، در طی دوره پاندمی کووید-19 آغاز کرد. Frontier و سیستم‌های جدید که به نام Aurora و El Capitan نیز، به صورت یکتا ساخته شده‌اند. به این معنا که کاملا در محل آزمایش و اجرا می‌شوند. این سیستم‌ها نیز از میلیون‌ها قطعه تشکیل شده‌اند، از جمله صدها کابل شبکه و ده‌ها HPE Cray EX که هر کدام بیش از 8 هزار پوند وزن دارند.

تلاش‌های کمپانی HPE در زمینه اگزا اسکیل کمک کرد تا به یک لحظه تاریخی در صنعت ابر کامپیوترها برسیم. Exascale به طور چشمگیری به جوامع علمی و تحقیقاتی کمک خواهد کرد.

منبع: www.hpe.com