ابرکامپیوتر «ال‌کاپیتان»، قدرتمندترین رایانه جهان

به‌تازگی توسط آزمایشگاه ملی لارنس لیورمور آمریکا رونمایی شده است. این غول محاسباتی با توان شگفت‌آور ۱.۷۴۲ اگزا‌فلاپس در بنچمارک معروف HPL، صدر فهرست قدرتمندترین رایانه‌های جهان (TOP500) را تصاحب کرده است. ال‌کاپیتان با معماری پیشرفته HPE Cray EX255a، شامل بیش از ۴۳ هزار پردازنده AMD EPYC Genoa و ۴۳ هزار پردازنده گرافیکی AMD Instinct MI300A است که در مجموع بالغ بر ۱۱ میلیون هسته پردازشی را در خود جای داده است. این سیستم همچنین به فناوری ارتباطی پیشرفته Slingshot-11 مجهز است که سرعت انتقال داده‌ها را به ۱۲.۸ ترابیت بر ثانیه می‌رساند و آن را برای شبیه‌سازی‌های پیچیده علمی و امنیتی بی‌رقیب ساخته است.

ال‌کاپیتان علاوه بر قدرت پردازشی خارق‌العاده، دارای ۵.۴۴ پتابایت حافظه رم و فضای ذخیره‌سازی فوق سریع ۷۰۰ پتابایتی بر پایه سیستم Lustre است. با این مشخصات، مصرف انرژی این ابررایانه به ۳۰ مگاوات می‌رسد؛ مصرفی معادل برق مورد نیاز حدود ۱۵ هزار خانه مسکونی. پروژه ساخت این سیستم عظیم حدود ۶۰۰ میلیون دلار هزینه در بر داشته است که شامل طراحی، تولید سخت‌افزار، نصب، تجهیزات خنک‌کننده پیشرفته، و هزینه‌های سالانه نگهداری و انرژی است. این سرمایه‌گذاری سنگین نشانگر اهمیت فوق‌العاده این پروژه در حوزه امنیت و تحقیقات علمی است.

اهداف اصلی از ساخت این ابرکامپیوتر پیشرفته، امنیت ملی به‌ویژه نگهداری و شبیه‌سازی ایمنی زرادخانه هسته‌ای آمریکا بدون انجام آزمایش‌های واقعی است. ال‌کاپیتان در این زمینه قادر به شبیه‌سازی‌های سه‌بعدی فوق دقیق برای سلاح‌هایی مانند W87-1 و W93 است. این ابررایانه همچنین در حوزه‌های علمی گسترده‌ای مانند مدل‌سازی تغییرات اقلیمی، شبیه‌سازی زلزله‌ها، کشف و تولید داروهای نوین، و طراحی مواد پیشرفته نقش کلیدی ایفا می‌کند. معماری ترکیبی CPU و GPU در قالب واحدهای پردازشی شتاب‌یافته (APU) این ابرکامپیوتر، آن را به گزینه‌ای ایده‌آل برای توسعه مدل‌های هوش مصنوعی و تحلیل داده‌های بسیار بزرگ تبدیل کرده است.

از نظر معیارهای عملکردی، ال‌کاپیتان در سه بنچمارک مهم HPC شامل HPL، HPCG و HPL-MxP پیشتاز است؛ به‌طوری که در تست HPCG با ۱۷.۴۱ پتافلاپس و در محاسبات مبتنی بر هوش مصنوعی (HPL-MxP) با ۱۶.۷ اگزا‌فلاپس نتایج چشمگیری ثبت کرده است. با این حال، از نظر بازده انرژی با نرخ ۵۸.۹ گیگافلاپس بر وات، در رده ۲۶ جهانی قرار دارد که نشان از توجه ویژه به حفظ توازن میان قدرت محاسباتی و مصرف انرژی است. به این ترتیب، ال‌کاپیتان نه تنها دستاوردی بزرگ در صنعت محاسبات پیشرفته محسوب می‌شود، بلکه افق تازه‌ای در کاربردهای علمی، صنعتی و دفاعی برای آینده‌ای بهتر را نمایان ساخته است.

پروژه‌ها و کاربردهای علمی

ال‌کاپیتان در رهبری ایمنی و امنیت ملی

ابرکامپیوتر El Capitan، به‌عنوان نخستین سامانه اگزاسکیل آژانس امنیت ملی هسته‌ای آمریکا (NNSA)، نقش محوری در پروژه بزرگ Stockpile Stewardship دارد. بدون انجام آزمایش‌های زیرزمینی، این سیستم فوق دقیق برای شبیه‌سازی امنیت، عملکرد و طول عمر ذخایر هسته‌ای آمریکا طراحی شده است. تحلیل‌گرها توضیح می‌دهند که «با El Capitan، می‌توانیم مجموعه‌ای از مسائل را در عرض چند ساعت یا روز حل کنیم که در سیستم‌های رایج هفته‌ها یا ماه‌ها زمان نیاز داشت» . این دستاورد به مدیریت دقیق‌تر و تولیدی‌تر زرادخانه هسته‌ای کمک شایانی کرده است.

شبیه‌سازی فیوژن و فیزیک پلاسما

یکی دیگر از پروژه‌های کلیدی، برنامه ICECap (Inertial Confinement on El Capitan) است که بر طراحی و بهینه‌سازی همجوشی کنترل‌شده تمرکز دارد . این برنامه با مدلسازی پرتوهای NIF (تاسیسات ملی احتراق) و استفاده از AI برای تحلیل عدم قطعیت‌ها، گامی بزرگ برای دستیابی به تولید انرژی همجوشی مداوم برداشته است. تیم پروژه اشاره کرده‌اند که این شبیه‌سازی‌ها برای درک و کنترل فرایند اشتعال و بهبود قابلیت تولید انرژی در این فناوری پیچیده ضروری هستند .

علوم مواد، انرژی و محیط‌زیست

ال‌کاپیتان در پروژه‌های غیر طبقه‌بندی‌شده نیز کاربرد دارد. سیستم خواهر آن یعنی Tuolumne به پروژه‌هایی چون کشف دارو، انرژی پاک، شبیه‌سازی زلزله و تغییرات اقلیمی اختصاص یافته است . به‌عنوان مثال، در حوزه انرژی و تغییرات اقلیمی، محققان از ال‌کاپیتان برای شبیه‌سازی‌های دقیق مدل‌های آب و هوایی و تحلیل مواد جدید استفاده می‌کنند. HPE نیز تأیید کرده که این سیستم به «فرضیات هوشمند حوزه انرژی، تغییرات اقلیمی، شبکه برق و کشف دارو»‌ کمک شایانی خواهد کرد .

همگرایی هوش مصنوعی و محاسبات سنگین

نهایتاً، معماری منحصر به‌فرد APU در ال‌کاپیتان — ترکیبی از CPU و GPU — این امکان را فراهم کرده تا پردازش همزمان شبیه‌سازی‌های سنگین و مدل‌های AI/ML انجام شود . به‌گفته فعالان حوزه فناوری، «هم آن‌ها (ال‌کاپیتان و Tuolumne) انتظار می‌رود که کاربرد گسترده‌ای از AI داشته باشند و هدفشان بهبود توانایی انجام تحقیقات و توسعه R&D است» . در فضای reddit نیز کاربران تأکید کرده‌اند که ارتباط CPU+GPU در APU باعث «عملکرد بهتر AI و HPC نسبت به رقبا» شده و نشان‌دهنده انتخاب هوشمندانه پردازنده‌های AMD است