لنتعرف .. ما هو الحاسوب الفائق و استخداماته و البرامج التي يعمل بها و مدى قوته

ما هو الحاسوب الفائق


قبل البدء في طرح هذا السؤال، علينا فهم ما هو جهاز الكمبيوتر؛ إنه جهاز للأغراض العامة يأخذ المعلومات (البيانات) من خلال عملية تسمى المدخلات والمخازن وعملياتها، ثم يولد نوعًا من الإخراج (نتيجة). الحاسوب الفائق ليس مجرد حاسوب سريع أو كبير جدًا، إذ أنه يعمل بطريقة مختلفة تمامًا، وعادة ما يستخدم المعالجة المتوازية بدلًا من المعالجة التسلسلية التي يستخدمها الحاسوب العادي، أي أنه بدلًا من القيام بشيء واحد في وقت واحد، فإنه يفعل أشياء كثيرة في وقت واحد.


ما هي المعالجة التسلسلية والمعالجة المتوازية


ما الفرق بين التسلسل والتوازي؟ يقوم الكمبيوتر العادي بعمل شيء واحد في كل مرة، لذلك يفعل أشياء في سلسلة مميزة من العمليات، وهذا ما يسمى المعالجة التسلسلية (serial processing). ومنذ ظهور أجهزة الكمبيوتر لأول مرة فقد عمل معظمها بمعالجة بسيطة ومتسلسلة مستوحاة من تصميم نظري أساسي يسمى آلة تورينج الذي تم تصميمه في الأصل من قبل آلان تورينج.

يعمل الحاسوب الفائق العصري النموذجي بسرعة أكبر بكثير عن طريق تقسيم المهام إلى أجزاء والعمل على العديد منها في وقت واحد، والتي تسمى المعالجة المتوازية (parallel processing).

لماذا يستخدم الحاسوب الفائق المعالجة المتوازية


معظمنا يفعل أشياء بسيطة بأجهزة الكمبيوتر التي لدينا كالنظر إلى صفحات الويب، وإرسال رسائل البريد الإلكتروني، وكتابة المستندات، وذلك لا يستخدم سوى القليل جدًا من قوة المعالجة في كمبيوتر عادي، ولكن إذا حاولت القيام بشيء أكثر تعقيدًا مثل تغيير الألوان على صورة رقمية كبيرة جدًا فستعرف أن جهاز الكمبيوتر لديك في بعض الأحيان عليه أن يعمل بجد لفعل هذه الأشياء، ويمكن أن يستغرق الأمر دقيقة أو أكثر للقيام بعمل عمليات معقدة على الصور الرقمية الكبيرة جدًا لأن المعالج لن يفعل سوى شيئًا واحدًا فقط في كل مرة.

افترض الآن أنك عالمٌ مكلف بتوقع الطقس أو اختبار عقار جديد للسرطان أو وضع تصور لوضع المناخ في عام 2050، إن المهام من هذا القبيل تدفع حتى أفضل أجهزة الكمبيوتر في العالم إلى العمل بأقصى إمكانياتها، ويمكنك ترقية جهاز كمبيوتر سطح مكتب عادي بإضافة معالج أفضل وذاكرة أكبر حتى تتمكن من القيام بالأمر نفسه بدلًا من الحاسوب الفائق ، ولكن لا يزال هناك حد لمدى سرعة عمل المعالج وهناك فرق كبير، لذلك إن أفضل طريقة لإحداث فرق هي استخدام المعالجة المتوازية بحيث يمكنك إضافة المزيد من المعالجات، وتقسيم المهمة إلى أجزاء والحصول على كل معالج يعمل على جزء منفصل من مهمتك بشكلٍ متوازٍ.

ما هي البرامج التي يعمل بها الحاسوب الفائق


قد تندهش عندما تكتشف أن معظم أجهزة الكمبيوتر الفائقة تعمل على أنظمة تشغيل عادية إلى حدٍ كبيرٍ مثل تلك التي تعمل على جهاز الكمبيوتر الخاص بك، على الرغم من أن ذلك أقل إثارة للدهشة عندما نتذكر أن الكثير من أجهزة الكمبيوتر الفائقة الحديثة هي في الواقع مجموعة من أجهزة الكمبيوتر أو محطات العمل الجاهزة. كان نظام الحواسيب الفائقة الأكثر شيوعًا هو Unix ولكن حل محله Linux الآن، وبما أن الحواسيب الفائقة تعمل بشكلٍ عام على المشكلات العلمية، فإن برامجها التطبيقية تُكتب أحيانًا بلغات برمجة علمية تقليدية مثل فورتران بالإضافة إلى لغات شائعة أكثر حداثة مثل C و C ++.

ما الفائدة من الحواسيب الفائقة


عادةً يتم استخدام الحاسوب الفائق لمعالجة المشاكل العلمية المعقدة والرياضية، بما في ذلك محاكاة اختبارات الصواريخ النووية، والتنبؤ بالطقس، ومحاكاة المناخ، واختبار قوة التشفير (رموز أمان الكمبيوتر)، نظريًا يمكن استخدام جهاز كمبيوتر فائق ذي أغراض عامة لأي شيء على الإطلاق.

وفي حين أن بعض الحواسيب الفائقة هي أجهزة ذات أغراض عامة يمكن استخدامها في مجموعة واسعة من المشاكل العلمية المختلفة، فإن بعضها مصمم للقيام بأعمال محددة للغاية، مثلًا؛ تم تصميم اثنين من أجهزة الكمبيوتر الفائقة الأكثر شهرة في الآونة الأخيرة بهذه الطريقة، حيث تم تصميم IBM DeepBlue من عام 1997 خصيصًا للعب الشطرنج، في حين تم تصميم Watson في وقت لاحق (التي سميت باسم مؤسس شركة IBM ،Thomas Watson، وابنه) للعب اللعبة Jeopardy.

ما مدى قوة الحواسيب الفائقة


انظر إلى مواصفات أجهزة الكمبيوتر العادية وستجد أن أداءها يتم قياسه عادةً بواحدة MIPS (مليون تعليمة في الثانية)، وهو عدد أوامر البرمجة الأساسية (القراءة والكتابة والتخزين وما إلى ذلك) التي يستطيع المعالج معالجتها. من السهل مقارنة جهازي كمبيوتر بمقارنة قيم MIPS التي يمكنهما التعامل معها (أو حتى سرعة معالجتها، والتي عادةً ما تكون واحدتها gigahertz أو GHz).

يتم تصنيف الحواسيب الفائقة بطريقة مختلفة، ونظرًا لأنها تُستخدم في الحسابات العلمية يتم قياس أداءها وفقًا لأداء النقطة العائمة النظري للمعالج في الثانية (FLOPS)، وهو قياس أكثر وضوحًا استنادًا إلى ما تحاول فعله فعلًا (على عكس MIPS، وهو قياس كيف تحاول الحواسيب القيام به)، وهذه القيم في زيادة مستمرة منذ اختراع الحاسوب الفائق وتطويره.