أنواع الحواسيب العملاقة ومميزاتها وعيوبها

أنواع الحواسيب العملاقة ومميزاتها وعيوبها

أنواع الحواسيب العملاقة:

تُصنَّف أجهزة الحواسيب العملاقة إلى نوعين أجهزة أغراض خاصة أو أخرى عامة.

1. أجهزة الحواسيب العملاقة ذات الأغراض الخاصة:

صُمِّمت أجهزة الحواسيب العملاقة ذات الأغراض الخاصة لغرض معين ولا يمكن استخدامها في أي وظيفة أخرى، إنَّها مُصمَّمة لمعالجة مشكلة معينة، وتنفق هذه الأنظمة طاقتها ومواردها لحل تلك المشكلة المحددة، ومن الأمثلة على أجهزة الحواسيب العملاقة الجهاز المُصمَّم في لعبة الشطرنج IBM Deep Blue.

2. حواسيب عملاقة للأغراض العامة:

تُعدُّ الحواسيب العملاقة حواسيب يمكن استخدامها في مجموعة متنوعة من النشاطات؛ إذ يمكن استخدامها لحل المشكلات المختلفة في الأوقات المختلفة، وتصنَّف إلى ثلاثة أنواع:

1. حواسيب متصلة بإحكام:

هذا النوع من أجهزة الحواسيب متصلة وتعمل بصفتها وحدة واحدة لحل مشكلة شائعة، يوجد منها أربع طرائق تستطيع من خلالها إنشاء مجموعات لتوصيل أجهزة الحواسيب؛ لذا توجد أربعة أنواع من المجموعات:

  • المستندة إلى المخرج.
  • ثنائية العقد.
  • متعددة العقد.
  • المجموعات المتوازية الضخمة.
  • 2. معالج فيكتور:

    معالج فيكتور هو المكان الذي يكون فيه المعالج قادراً على تنفيذ مجموعة كاملة من عناصر البيانات في الوقت نفسه، بدلاً من العمل على عنصر واحد كل مرة؛ إذ يقدم نوعاً من التوازي، وتُشغِّل عناصر المصفوفة كلها في الوقت نفسه، فتُرتب هذه المعالجات في الحواسيب العملاقة في مصفوفات تستطيع العمل على عناصر عدة من البيانات في الوقت نفسه.

    3. الحواسيب العملاقة السلعية:

    يتكون هذا النوع من أجهزة كمبيوتر شخصية عادية (عامة) متصلة بشبكة محلية ذات عرض نطاق ترددي عالٍ؛ إذ تنفذ الحوسبة المتوازية لتعمل مع بعضها في مهمة واحدة.

    ميزات الحواسيب العملاقة:

    الحواسيب العملاقة

    تتميز الحواسيب العملاقة بميزات تجعلها تُستخدم لحل العمليات الحسابية الرقمية المعقدة بسرعة كبيرة تتجلى فيما يأتي:

    1. معالجات متعدِّدة:

    تتكون الحواسيب العملاقة من آلاف أو ملايين من المعالجات التي تحتوي على أكثر من نوى عديدة (Frontier 8.7) مليون مركز.

    2. سرعة عالية جداً:

    تعمل الحواسيب العملاقة بسرعة عالية جداً إذا قارنتها مع غيرها من الحواسيب الأخرى؛ لذا تستطيع القيام بمليارات العمليات في الثانية، إنَّها سريعة جداً لدرجة أنَّ العمل الذي يمكن أن يستغرقه الكمبيوتر الشخصي العادي يمكن أن يستغرق عاماً واحداً، بينما يمكن للحواسيب العملاقة فعلها في دقائق.

    3. ذاكرة رئيسة عالية السعة:

    يتكون نظام الحواسيب العملاقة من عقد عديدة لكل منها عناوين ذاكرة قد يصل مجموعها إلى 9.2 بيتابايت من ذاكرة الرام؛ لذا يُعدُّ الحاسوب الأسرع في العالم؛ إذ يمكنه تخزين بيانات كثيرة.

    4. المعالجة المتوازية:

    يُقصد بتقنية المعالجة المتوازية أي عمل معالجات عدة مع بعضها في الوقت نفسه لحل عملية حسابية معينة؛ إذ يعمل كل معالج على جزء من الحساب ليساعد على حل المشكلة بأسرع وقت ممكن.

    يعمل معظمها على إصدارات مُخصَّصة من نظام التشغيل تستخدم أنظمة التشغيل؛ لأنَّها مفتوحة المصدر وتُنفذ الأوامر بسرعة.

    5. متعددة المستخدمين:

    أجهزة الكمبيوتر العملاقة هي أجهزة كمبيوتر متعددة المستخدمين، وهذا يعني أنَّه يمكن لمستخدمين عديدين العمل عليها في وقت واحد.

    استخدامات الحواسيب العملاقة:

    تُستخدم الحواسيب العملاقة لأداء المهام الصعبة مثل:

    1. التنبؤ بالطقس:

    تُستخدم الأنظمة لقراءة والتنبؤ بكيفية تغير الطقس بمرور الوقت، ويمكن استخدامها أيضاً للاختبار في حالة حدوث تسونامي أو كارثة طبيعية أخرى والضرر الذي يمكن أن تسبِّبه.

    2. التنقيب عن النفط والغاز:

    تُستخدم أجهزة الكمبيوتر العملاقة لاستكشاف منطقة جديدة للغاز والنفط وتجربتها عدد الموارد الموجودة على الأرض.

    3. المحاكاة:

    تُستخدم أنظمة الحواسيب العملاقة في إجراء محاكاة لبعض المواقف التي قد تكون خطيرة في حال أجريت في الواقع، فتساعد على الاستعداد إن حصل مثل هذا الموقف فيما مضى.

    4. البحث الطبي:

    استخدمت الحواسيب العملاقة خلال فترة جائحة كورونا لمحاولة الحصول على أفضل الطرائق لحل المشكلات، كونها معتادة على تعلم مزيد عن الأمراض والتوصل إلى حلول جديدة في أنواع المشكلات المختلفة.

    استخدام الحواسيب العملاقة من قبل وكالة ناسا لعلوم الفضاء

    5. التنقيب عن البيانات الضخمة:

    تُعدُّ البيانات الضخمة أحدث طريقة لتحليل البيانات التي تحتاج إلى قوة الحوسبة كبيرة جداً؛ إذ تُستخدم الحواسيب العملاقة في معالجة تلك البيانات وتحليلها ثم التمكن من الوصول إلى الأنماط لاتخاذ القرار.

    6. الجيش والدفاع:

    يستخدم الجيش الحواسيب العملاقة في محاكاة بعض المواقف، مثل الحرب النووية وغير ذلك من أحدث معدات الحرب.

    7. الحوسبة السحابية:

    استخدمت الشركات الكبرى مثل شركة أمازون وجوجل الحواسيب العملاقة في توفير خدمات الحوسبة السحابية لتشغيل أنظمتها.

    عيوب الحواسيب العملاقة:

    مع الفوائد الكبيرة للحواسيب العملاقة وتعدد استخداماتها، فإنَّها لا تخلو من بعض العيوب:

    1. تستهلك طاقة كبيرة:

    تحتوي أجهزة الحواسيب العملاقة على معالجات عدة؛ ومن ثَمَّ تحتاج إلى طاقة كبيرة لتشغيلها.

    2. ارتفاع درجة حرارتها:

    تولد وحدات المعالجة المركزية في الحواسيب العملاقة كثيراً من الحرارة؛ ومن ثَمَّ ترتفع درجة الحرارة؛ لذا يتطلب الحاسوب العملاق أنواعاً خاصة من أنظمة التبريد للتعامل مع الحرارة المتولدة.

    3. باهظة الثمن:

    تُعدُّ الحواسيب العملاقة أغلى أنواع الحواسيب في العالم؛ فهي في الغالب مملوكة للحكومة أو المؤسسات والشركات الكبرى.

    4. كبر الحجم:

    يحتل الحاسوب العملاق موقعاً مادياً كبيراً جداً، وأرضية المبنى بالكامل، وتحتاج إلى متخصصين للصيانة والتشغيل.

    لكن ما هي أنواع أنظمة التشغيل المستخدمة في أجهزة الحواسيب العملاقة؟

    الحواسيب العملاقة: أنظمة وأنواع

    صُمِّمت أجهزة الحواسيب العملاقة للعمليات المخصصة؛ لذا تستخدم أنواعاً مفتوحة المصدر من أنظمة التشغيل، ويستخدم معظمها الإصدارات المستندة إلى النظام لتلبية الحاجة التي صُمِّم النظام من أجلها.

    كما تعتمد أنظمة التشغيل هذه في الغالب على الأوامر للتأكد من أنَّها لا تستخدم كثيراً من موارد النظام لزيادة كفاءتها في التشغيل.

    أبرز الحواسيب العملاقة:

    يُعدُّ حاسوب Roadrunner من أبرز أنواع الحواسيب العملاقة من شركة IBM لحساب إدارة الأمن النووية الوطنية في مختبرات لوس ألاموس الوطنية في ولاية New Mexico.

    كان الهدف من تطويره محاكاة تطور العناصر النووية فيما إذا ترسانة أسلحة الولايات النووية آمنة وموثوقة، ويُعدُّ ثاني أسرع عملاق على مستوى العالم حسب تقرير نوفمبر عام 2009 لترتيب أعلى أداء 500 حاسوب وقُدرت سرعته الإنتاجية ب 1.7 فلوبس؛ فهو أسرع بـ 6000 مرة من أي حاسوب سريع في الوقت الحالي، كما نال المرتبة الرابعة لأكثر الحواسيب العملاقة توفيراً للطاقة؛ إذ إنَّ معدل استهلاكه 53624 مليون عملية فاصلة عائمة لكل واط megaflops per watt.

    مهما كانت قوته الإنتاجية وسرعة أدائه، لكن تصميمه يستدعي لفت الانتباه، فهو أول حاسوب يلفت بنية معالجين مختلفين بخلاف البناء التقليدي للحواسيب العملاقة التي تأتي مع بنية معالج وحيدة؛ لذا يجب إعادة كتابة البرامج التي ستنفذ عليه لتناسب الطبيعة الثانوية للمعالجات Opteron dual core وPowerXCell8i.

    كما تُثبَّت في صناديق خاصة (حاويات) لها بنية تُسمى BladeServer موصولة مع بعضها بشبكة Infiniband Network، ونظام التشغيل الساري على هذا الحاسوب هو إصداري Red Hat Enterprise وFedora لنظام التشغيل Linux، ويحتاج إلى برمجيات خاصة لتوزيع العمليات على المعالجات كلها، مثل xCat distributed computing software يحتل هذا العملاق مساحة تقدر بـِ 560 متراً مربعاً ويحتاج إلى 53624 megaflops /watt من أجل إيقاظ العملاق.

    في الختام:

    تأتي الحواسيب العملاقة بميزات عدة لتلائم استخداماتها الكبيرة، لكن تبقى فيها بعض العيوب.