وقتی صحبت از قدرت رایانه‌های ابرقدرتمند می‌شود، ذهنیت رایج ما معمولاً به سمت سامانه‌های عظیم، گران‌قیمت و پر سر و صدا در دیتاسنترهای مدرن کشیده می‌شود. اما موزه تاریخ رایانه در اسپانیا (Museo de Historia de la Computación) با یک ایده خلاقانه و جذاب، ثابت کرد که لزوماً به فناوری‌های نوظهور یا تجهیزات صنعتی نیاز نیست تا حس و حال یک ابررایانه را بازسازی کرد. این موزه تیزهوشانه تیزر، نسخه‌ای دقیق از مقیاس ۱:۱ از «کرای-۱» (Cray-1)، ابررایانه افسانه‌ای سال ۱۹۷۶ را رونمایی کرده است؛ اما با تفاوتی شگفت‌انگیز: قلب تپنده این پروژه، ۳۰ دستگاه مک مینی (Mac Mini) از سال ۲۰۱۲ است.
نوستالژی سخت‌افزاری به اوج قدرت
استفاده از سخت‌افزارهایی که بیش از یک دهه از ساختنشان گذشته، برای ایجاد یک خوشه (Cluster) ابررایانه، انتخاب اول بسیاری از مهندسان نیست. اما تیم توسعه‌دهنده این پروژه نشان داد که با شبکه‌سازی صحیح، این ۳۰ مک مینی می‌توانند ۶۴ هسته پردازشی فعال را هماهنگ کنند تا به قدرت کلیدی ۱.۳ ترافلوپس (Teraflops) برسند. جالب است بدانید قبل از آفلاین شدن یکی از نودها، رکورد این موزه به ۱.۵ ترافلوپس با استفاده از تمام ۷۰ هسته در دسترس رسیده بود. این بنچمارک‌ها با یک اسکریپت پایتون سفارشی برای ضرب ماتریسی به دست آمد.
- ترکیب سخت‌افزاری: ۵ دستگاه دارای پردازنده i7 چهار هسته‌ای و ۲۵ دستگاه با پردازنده i5 دو هسته‌ای.
- کامپیوترهای ۲۰۱۲ و ۲۰۱۴: تقریباً تمام آرایه از سال ۲۰۱۲ است، به جز دو دستگاه از سال ۲۰۱۴.
- مهندسی بازسازی: این پروژه ۱۸ ماه زمان برد تا هم به عنوان یادبود ۵۰ سالگی کرای-۱ و هم ۵۰ سالگی تأسیس اپل، آماده نمایش شود.
تفاوت معماری: برداری در برابر موازی
این بازسازی فراتر از یک جاذبه بصری ساده است و ابزاری ارزشمند برای درک تغییرات معماری کامپیوتر از سال ۱۹۷۶ به امروز محسوب می‌شود. کرای-۱ اصلی از پردازش برداری (Vector Processing) استفاده می‌کرد؛ یعنی دستور واحدی را به طور همزمان روی چندین عنصر داده اعمال می‌کرد. در مقابل، نسخه بازسازی شده کارها را روی پردازنده‌های مستقل در یک خوشه موازی توزیع می‌کند. نکته تحسین‌برانگیز اینجاست که نسخه اصلی کرای-۱ حدود ۱۶۰ مگا فلوپس (MegaFLOPS) بود، در حالی که سخت‌افزارهای مصرفی و ارزان‌ترِ امروز، قدرتی بسیار فراتر از دستگاه الهام‌بخش خود دارند.
چرا مک مینی و macOS؟
برای این پروژه، تیم توسعه‌دهنده به جای توزیع استاندارد لینوکس، از سیستم‌عامل مک‌اواس موهاو (macOS Mojave 10.14) استفاده کرد. دلیل اصلی، پشتیبانی داخلی و قدرتمند macOS برای پروتکل MPI (Message Passing Interface) بود. این لایه نرم‌افزاری به همه نودهای خوشه اجازه می‌دهد تا وظایف را به طور روان به یکدیگر منتقل کنند و یک واحد منسجم را تشکیل دهند.
زیست‌نمایان در موزه می‌توانند به طور زنده فرآیند اجرای الگوریتم‌های ماتریسی را تماشا کنند و مقیاس عملکرد سامانه را از یک هسته تنها تا اجرای موازی کامل کل سامانه درک نمایند. این نمایش مستقیم، پلی محکم بین نسل‌های مختلف کاربران فناوری ایجاد می‌کند.
نکته مهندسی: ابررایانه پنهان و بی‌صدا
تکلیف دیگری که تیم موزه با آن دست‌به‌عاری شده بود، مسئله صدا و خنک‌کنی بود. اگر تاکنون وارد اتاق سرور شده‌اید، از حجم بالای صدای فن‌ها آگاه هستید. برای غلبه بر این مشکل، تیم از خنک‌کنی غیرفعال (Passive Convection Cooling) در یک رک فولادی و سینی‌های آلومینیومی برای هر مک مینی استفاده کرد. برخلاف دیتاسنترهای مدرن که گاهونگاه می‌توانند مانند رعد و برق سر و صدا داشته باشند، این خوشه تقریباً بی‌صداست.
کاربران قدیمی و مهندسانی که تجربه راه‌اندازی کرای-۱ها را دارند، خاطرات دلپذیری از ساکته بودن خود دستگاه کرای-۱ (با خنک‌کنی فرئون) در مقابل صدای سر و صدای دیسک‌ها و تهویه اتاق دارند. بازسازی اسپانیایی با حفظ این ویژگی «پنهان بودن» (Stealth Supercomputing)، نه‌تنها یک همذات‌پنداری بصری بلکه یک همذات‌پنداری حسی نیز ایجاد می‌کند.
نظر، سوال یا تجربه خود را درباره این مطلب با سایر کاربران اوکالا به اشتراک بگذارید.