hpc

HPC

    • راه‌کارها
    • hpc, سيستم های پردازش سريع, سیستم پردازش موازی, فناوری HPC, محاسبات سریع

hpc امروزه یکی از بهترین روش ها برای استفاده بهینه از منابع و انجام محاسبات پیچیده می باشد. hpc و محاسبات پیشرفته به هرگونه انجام محاسبات تلقی می شود که برای هدف خود به بیش از یک کامپیوتر نیازمند باشد و یا به عبارتی بطور همزمان از چندین کامپیوتر استفاده کند. ابر کامپیوتر ها و خوشه های کامپیوتری برای حل انبوهی از معادلات پیچیده بکار گرفته می شوند.

کارایی پردازش موازی

  •  نسبت هزينه به‌كارايی بسيار پايين
  •  سخت‌افزار و نرم‌افزار ارزان و در دسترس
  •  قابليت توسعه سيستم متناسب با افزايش نياز
  •  امكان به‌روزرسانی سيستم
  •  زمان بالای در اختيار بودن و سرويس‌دهی سيستم
  •  کاهش زمان اجرا در شبيه سازی ها و حل مسائل کاربردی
  • گسترش دامنه تحقيقات
  •  امکان حل مسايل بزرگتر و پيچيده تر

6 کاربرد مهم پردازش موازی (محاسبات سریع)

  •  تحلیل و نگهداری داده ها
  •  شبیه سازی
  •  مدل سازی
  •  توسعه نرم افزارها
  •  مشاهده انبوه داده های به هم وابسته
  •  محاسبات سریع ریاضی

 

 

 

اصلی ترین کاربرد hpc

* توسعه محصولات و طراحی مجدد آنها
* بهینه سازی تولید و فرآیند های آن
* تحلیل یا توسعه انبوه داده ها
* هدایت پروژه های تحقیقاتی گسترده
* ذخیره سازی حجم های بسیار زیاد داده برای تحلیل های بعدی
* برآیند سازی مصرف تولیدات ، جستجو و الگو سازی
* تصویر سازی های کامپیوتری برای توضیح نتایج تحقیقاتی
* شبیه سازی و مدلسازی فرآیند های پیچیده

 

علم محاسبات همراه با منابع محاسباتی و فناوری HPC سه رکن اصلی برای همانند سازی تئوری ها و نظریه ها با نتایج آزمایشات عملی می باشند. HPC قادر است با حجم بسیار عظیم داده ها کار کرده و با سرعت بسیار زیاد نتایج را تحلیل کند. این کار با استفاده از کامپیوتر های معمولی چندین ماه می تواند بطول بیانجامد در حالی که با استفاده از کامپیوتر های HPC تنها در چند دقیقه یا ساعت قابل انجام است. بایستی توجه کرد که در بسیاری از موارد کامپیوترهای معمولی اصولاً برای انجام این قبیل محاسبات ناتوان هستند.

استفاده از محاسبات سریع ( HPC ) باعث صرفه جویی در هزینه و زمان می شود و این امکان را فراهم می سازد تا بدون استفاده از نمونه های ساخته شده آنچه را که می تواند در واقعیت اتفاق بیافتد را شبیه سازی کند و ببیند، تجزیه و تحلیل کند، نقاط ضعف و قوت را بسنجد، عیوب و اشتباهات را تصحیح کند، دوباره طراحی کرده و نتیجه کار را نیز ببیند.

 

این یک واقعیت مجازی (Virtual Reality) است که همه بضاعت علمی انسان امروز را در قالب یک نرم افزار که آن هم خود ابداع انسان است جمع آوری می کند. این نرم افزار ها با میلیون ها و حتی میلیاردها محاسبه که بر روی داده ها انجام می دهند و همه نتایج اولیه را مجدداً و میلیون ها بار مورد تجزیه و تحلیل قرار می دهند قادر هستند تا یک نتیجه نهایی را به عنوان خروجی در اختیار ما قرار دهند. مسلماً این همه عملیات محاسباتی خارج از قدرت ذهن انسان است اما راه حل وجود دارد و آن هم سیستم های پیشرفته کامپیوتری، ابر کامپیوتر ها (Super Computers) یا همان سیستم های مبتنی بر پردازش داده موازی HPC است.

برخی از مثال های متنوع قابلیت های محاسات سریع عبارت است از دینامیک سیالات محاسباتی، عملیات نفتی، شبیه سازی تست تصادف خودرو، دینامیک جریان هوا بر روی بال هواپیما، ذخیره سازی اطلاعات، انیمیشن های گرافیکی، تصویر سازی و مدل سازی بازسازی چهره.

در زمينه هاي فيزيک، شيمي کوانتوم و الکترومغناطيس نرم‌افزارهای کاربردی متنوعی وجود دارند كه به علت سنگين بودن محاسبات، نياز به پردازش موازی را احساس کرده اند. همين امر سبب گرديده است که شرکت هاي ارائه دهنده نرم افزار در زمينه هاي ذکر شده اقدام به توليد نسخه موازی براي برنامه های کاربردی خود نمايند، تا بتوانند جوابگوی نياز پردازشی کاربران خود باشند.

 

پیکربندی (raid)

خدمات پردازش موازی
  •  ارائه راهکار قدرتمند و سريع برای محاسبات فيزيک، شيمی، کوانتوم و الکترومغناطيس
  •  کاهش زمان اجرای برنامه های کاربردی نظير (Gaussian, GAMESS, Quantum Espresso)
  •  امکان افزايش تعداد تکرارها
  •  کاهش زمان اجرای هر تکرار
  •  گسترش دامنه مسايل
  •  توانايی اجرای مختلف همزمان

مشاغل مرتبط با محسابات سریع
  •  مکانيک سيالات CFD
  • هواشناسی(پيش‌بينی وضع هوا)
  •  داروسازی و پزشكی
  •  فيزيك هسته‌ای
  •  شيمی و محاسبات ملكولی
  • سيستم‌های بلادرنگ (مثل شبيه‌سازی بلادرنگ شبكه‌های سراسری برق)
  •  رياضيات كاربردی (مانند حل معادلات پيچيده و سنگين)
  • زمين‌شناسی و پيش‌بينی زلزله (مسائل مربوط به كشف چاه‌های نفت و گاز)
  •  پليمر و پتروشيمی (ساخت مواد استراتژيك جديد)
  •  مكانيك و رباتيك
  •  هوش مصنوعی
  •  مهندسی پزشكی

ليست نرم افزارهاي کاربردی در زمينه های فيزيک، شيمی، کوانتوم و الکترومغناطيس با قابليت اجرای سريع HPC
  •  Gaussian
  •  GAMESS
  •  Firefly
  •  Quantum Espresso
  •  NWChem
  •  Material Studio
  •  Monte Carlo
  •  XFdtd
  • مکانيک سيالات CFD – Computational Fluid Dynamics

 

تعداد زيادی از نرم افزارهای كاربردی معروف در اين زمينه قابليت موازی سازی را دارند، به همين دليل به جرات می توان به اين نکته اشاره کرد که بيشترين کاربرد سيستم های پردازش سريع در زمينه محاسبات مکانيک سيالات می باشند.
امکانات ويژه ای براي سيستم های مورد نياز جهت محاسبات مکانيک سيالات فراهم آورده شده است که می تواند راهگشای مراکز تحقيقاتی، دانشگاهی و صنعتی مرتبط باشد.


مزایای پردازش موازی (محاسبات سریع)
  •  ارائه راهکار قدرتمند و سريع براي محاسبات ديناميک سيالات (CFD)
  •  کاهش زمان اجرای برنامه های کاربردی نظير (Fluent, STAR-CD, OpenFoam)
  • امکان افزايش تعداد تکرارها
  •  کاهش زمان اجراي هر تکرار
  • گسترش Grid مسايل CFD
  •  توانايی اجرای مختلف همزمان

ليست دیگر نرم افزارهای کاربردی زمينه CFD 

• FLUENT
• STAR-CD
• GT-SUITE
• CFX
• OpenFOAM
• CFD++
• MoldFlow
• Gerris
• AcuSolve
• CFL3D
• Fire
• Flow3D
• Flowvision
• GASP
• Gridpro
• KIVA
• NEWT
• Overflow-D
• Pointwise
• PowerFlow
• TECPLOT
• TGrid
• Vectis

 

نفت و گاز

اکتشاف و توليد هيدروکربن‌ها همانند ساير بخش‌هاي صنعت، در محيطی بسيار پرچالش پيش می رود. چالش‌های جديد شامل ريسک بالا، عمليات پيچيده و منابع رو به کاهش می باشد. کليد مقابله با چالش‌های محيطی کنونی، اجرای عمليات پيچيده و سريع است. در چنين محيط رو به رشد و در فضايی اقتصادی و سياسی، تنها خلاق بودن کافی به نظر نمی رسد. علاوه بر آن بايد سريع عمل کرد.

در زمينه های منابع زيرزمينی نظير نفت و گاز نرم‌افزارهای کاربردی متنوعی وجود دارند كه به علت سنگين بودن محاسبات ، نياز به پردازش موازی را احساس کرده اند. همين امر سبب گرديده است که شرکت های ارائه دهنده نرم افزار در زمينه های ذکر شده اقدام به توليد نسخه موازی براي برنامه های کاربردی خود نمايند، تا بتوانند جوابگوی نياز پردازشی کاربران خود باشند. اما نکته اينجاست که اجراي موازی اين نرم افزارها نيازمند بستر پردازشی موازی است که به گونه ای هوشمندانه مديريت شده و يکپارچه سازی شده باشد.


لیست راهکارهای hpc
  •  ارائه راهکار قدرتمند و سريع براي اکتشاف مخازن ، استخراج ، مدل‌سازی اقتصادی و شيمی مولکولی
  •  کاهش زمان اجرای برنامه های کاربردی نظير (Eclipse, HYSYS, GEM)
  •  امکان حل معادلات پيچيده مدل حالت شبيه‌سازی مخازن
  •  امکان شبيه‌سازی انواع مختلف تركيبات پيچيده نفت
  •  کاهش زمان اجرای شبيه سازی ها
  •  گسترش دامنه مسايل
  •  توانايی اجرای مختلف همزمان