ابررایانه جدید “ال کاپیتان “ (El Capitan) که در آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور در کالیفرنیا (LLNL) ساخته شده، اکنون عنوان سریع‌ترین ابررایانه جهان را به خود اختصاص داده است. این سیستم پیشرفته برای پشتیبانی از بازدارندگی هسته‌ای ایالات متحده طراحی شده است.
“ال کاپیتان“ با قدرت محاسباتی بی‌سابقه ۱.۷۴۲ اگزا فلاپس (exaFLOPS) – معادل یک میلیارد میلیارد عملیات محاسباتی در ثانیه – از تمام ابررایانه‌های دیگر جهان پیشی گرفته است. این دستگاه که به صورت مشترک با سازمان امنیت هسته‌ای ملی آمریکا (NNSA) ساخته شده، وظیفه دارد با استفاده از شبیه سازی‌های پیچیده، از توانمندی و کارایی تسلیحات هسته‌ای آمریکا بدون نیاز به آزمایش فیزیکی اطمینان حاصل کند.
ابررایانه قبلی LLNL به نام “سیرا“ قادر بود شبیه سازی‌های سه بعدی پیچیده را در بازه زمانی چند ماه انجام دهد، اما “ال کاپیتان“ این فرآیند را در چند ساعت یا روز به پایان می‌رساند.
رقابت بر سر سریع ترین ابررایانه
تا پیش از این، ابررایانه “فرانتیر“ (Frontier) که در سال ۲۰۲۲ در آزمایشگاه ملی اوک ریج (ORNL) در تنسی ساخته شد، با قدرتی کمتر از ال کاپیتان در صدر فهرست قدرتمندترین ابررایانه‌های جهان قرار داشت. “فرانتیر“ نخستین ابررایانه‌ای بود که به سطح محاسبات اگزا رسید و برای کاربردهایی همچون شبیه سازی تغییرات اقلیمی، مدل سازی همجوشی هسته‌ای، کشف دارو و امنیت ملی طراحی شده بود.
سایمون مک‌اینتاش-اسمیت، محقق ابررایانه در دانشگاه بریستول بریتانیا، می‌گوید: “این روزها تغییر رتبه در صدر جدول ابررایانه‌ها کمتر از گذشته رخ می‌دهد.” دلیل این موضوع، کاهش سرعت پیشرفت فناوری طبق قانون مور است؛ قانونی که پیش بینی می‌کرد قدرت پردازشی تراشه‌ها هر دو سال دو برابر می‌شود.
چالش‌های پیشرفت در دنیای ابررایانه‌ها
مک‌اینتاش-اسمیت توضیح می‌دهد: “اکنون برای جبران کند شدن روند قانون مور، سیستم‌ها باید بزرگ‌تر شوند. به همین دلیل، ساخت ابررایانه‌ها پیچیده‌تر، پرهزینه‌تر و مصرف انرژی آن‌ها بیشتر شده است.”
با توجه به سرعت و ظرفیت “ال کاپیتان“ انتظار می‌رود این ابررایانه برای چندین سال جایگاه خود را حفظ کند و نقش کلیدی در امنیت ملی آمریکا و پیشبرد تحقیقات علمی ایفا کند.
ابررایانه‌هایی مانند ال کاپیتان چگونه کار می کنند؟
ابررایانه‌هایی مانند El Capitan با بهره‌گیری از سخت افزارها و نرم افزارهای بسیار پیشرفته، قابلیت انجام عملیات محاسباتی عظیم و پیچیده را فراهم می‌کنند. این دستگاه‌ها برای انجام شبیه سازی انفجارهای هسته‌ای به صورت زیر عمل می‌کنند:
- معماری سخت‌افزاری پیشرفته
ابررایانه‌ها از هزاران واحد پردازش موازی( CPU و GPU ) تشکیل شده‌اند که به طور همزمان عملیات پیچیده را انجام می‌دهند. این واحدها به صورت شبکه‌ای به هم متصل هستند و با سرعت فوق العاده بالا داده‌ها را پردازش می‌کنند.
- CPU و GPU پردازنده‌های مرکزی و پردازنده‌های گرافیکی برای اجرای همزمان میلیاردها محاسبه.
- حافظه فوق سریع: حافظه RAM با ظرفیت بالا برای ذخیره موقت داده‌ها.
- سیستم ذخیره سازی: دیسک‌های ذخیره سازی فوق سریع برای مدیریت حجم عظیم داده‌های شبیه سازی.
- نرم‌افزارهای شبیه‌سازی
این ابررایانه‌ها از نرم افزارهای تخصصی شبیه سازی استفاده می‌کنند که بر اساس مدل‌های ریاضی و فیزیکی دقیق طراحی شده‌اند. این نرم افزارها مراحل مختلف یک انفجار هسته‌ای را با جزئیات زیاد شبیه سازی می‌کنند، از جمله:
- فیزیک هسته‌ای: شبیه سازی شکافت و همجوشی هسته‌ای.
- انتقال حرارت و انرژی: محاسبه انتشار انرژی و اثرات دما.
- انتشار موج شوک: مدل سازی نحوه گسترش موج‌های شوک در محیط.
- مدیریت داده‌های حجیم
ابررایانه داده‌های حجیم را با سرعت بسیار بالا پردازش و مدیریت می‌کند:
- ورودی‌ها: داده‌های مربوط به ترکیبات مواد، شرایط محیطی و ویژگی‌های فیزیکی.
- خروجی‌ها: نتایج شبیه سازی که می‌تواند شامل نقشه‌های حرارتی، پیش بینی خسارات و تحلیل اثرات محیطی باشد.
- امنیت و کنترل
ابررایانه‌هایی که برای شبیه سازی‌های حساس مانند آزمایش‌های هسته‌ای استفاده می‌شوند، از سیستم‌های امنیتی پیچیده برای جلوگیری از دسترسی غیرمجاز و محافظت از داده‌ها بهره می‌برند.
مزایای شبیه سازی به جای آزمایش واقعی
- کاهش خطرات ناشی از آزمایش‌های واقعی.
- کاهش هزینه‌ها.
- امکان تکرار آزمایش‌ها با تغییر متغیرها برای مطالعهٔ دقیق‌تر.
ال کاپیتان نمونه‌ای از این فناوری پیشرفته است که با استفاده از مدل‌های محاسباتی پیشرفته به دولت‌ها کمک می‌کند تا ایمنی زرادخانه‌های هسته‌ای خود را بدون نیاز به انجام آزمایش‌های واقعی تضمین کنند.
