زنگ تفریح شماره 187
شبکه گرید (Grid Network)
شبکه‌های محاسباتی گرید (Grid Computing Network) مجموعه‌ای از چندین سیستم با قدرت محاسباتی متفاوتند که با متصل‌شدن به یکدیگر، از نظر قدرت محاسباتی تبدیل به یک ابر‌رایانه‌ی مجازی می‌شوند که با استفاده از آن می‌توان بسیاری از محاسبات پیچیده‌ٔ ریاضی، نجوم، زیست و... را در زمان بسیار کوتاهی انجام داد. دلیل این نام‌گذاری این است که اجزای شبکه، تحت توپولوژی گرید (Grid Topology) کنار‌هم قرار‌گرفته‌اند. در توپولوژی گرید، هر گره (کامپیوتر) موجود در شبکه، با دو همسایه دیگر که در یک امتداد قرار گرفته‌است، به‌صورت یک یا دو بعدی متصل می‌شود. اگر شبکه یک بعدی باشد و گره‌ها به صورت یک حلقه به یکدیگر متصل شده باشند، در نتیجه توپولوژی حاصل به عنوان توپولوژی حلقه (Ring Topology) شناخته می‌شود.
 |
به‌طور کلی، هنگامی که یک شبکه گرید n بعدی، حالتی مدور و بیش‌از یک بعد به‌خود می‌گیرد، در نتیجه توپولوژی حاصل به عنوان چنبره شناخته می‌شود و به آن شبکه طردل (Network Torus) می‌گویند. همچنین هنگامی‌که شمار تعداد گره‌هایی که در یک‌امتداد قرار دارند، در هر یک از ابعاد یک شبکه حلقوی به دو برسد، شبکه حاصل به شکل یک ابر‌مکعب (Hypercube) در‌می‌آید. توجه داشته باشید که یک شبکه گرید با کامپیوتر گرید تفاوت دارد (اگرچه گره‌های یک شبکه گرید را معمولا کامپیوترها تشکیل می‌دهند و محاسبات گرید به‌طور مشخص نیازمند نوعی از شبکه‌های کامپیوتری و یا "برنامه‌نویسی جهانی" برای اتصال کامپیوترها می‌باشد). این‌گونه از شبکه‌ها به‌منظور از‌بین‌بردن محدودیت‌های سخت‌افزاری سیستم‌های کامپیوتری بوجود آمده‌اند. در شبکه‌های محاسباتی، منابع فیزیکی بین کاربران موجود در شبکه مشترک می‌باشد و هر کاربر می‌تواند به‌صورت همزمان با دیگر کاربران تبادل اطلاعات داشته‌باشد.
پردازش موازی (parallel processing)
اگر بخواهیم تعریفی ساده برای رایانش موازی ارائه کنیم، می‌توان گفت که به اجرای همزمان یک برنامه که به بخش‌های کوچک‌تری تقسیم شده‌است رایانش موازی گویند. البته این کار بر روی چند پردازنده انجام می‌پذیرد و هدف از این امر، دستیابی به سرعت بیشتر است. همان‌طور که می‌دانید یک مساله را می‌توان به مسایل کوچک‌تری تقسیم کرد و برای حل هر کدام از آنها، وظایفی را پیشنهاد داد که با اجرای همزمان این وظایف و هماهنگ کردن آنها با‌هم، مسئله اصلی در زمان کوتاه‌تری حل می‌شود. ایده‌ٔ رایانش موازی نیز از همین امر گرفته شده است. یک «سیستم محاسبات موازی» ، رایانه‌ای است با بیش از یک پردازنده که برای پردازش موازی مورد استفاده قرار می‌گیرد. در حال حاضر انواع بسیار گوناگونی از رایانه‌های موازی وجود دارند که بر اساس نوع اتصالات بین پردازنده‌ها از یکدیگر متمایز می‌شوند.
تاریخچه‌ٔ برنامه‌نویسی موازی هم به همین زمان بر‌می‌گردد. هنگامی که برای استفاده هر‌چه بهتر از منابع سیستم و همچنین افزایش سرعت و کارایی برنامه روی پردازنده‌ها، این نوع برنامه‌نویسی پیشنهاد شد. در این نوع از برنامه‌نویسی، قسمت‌هایی از برنامه اصلی که قابلیت اجرای همزمان (Concurrent) را دارند به چند زیر‌برنامه تقسیم شده و به صورت همزمان روی چند پردازنده اجرا می‌شوند. قسمتی از برنامه هم که قابلیت اجرای موازی (Parallel) را ندارد، به صورت سریال روی یک پردازنده اجرا می‌شود. در واقع تفاوت اصلی برنامه‌سازی ترتیبی و موازی همین امر است. از برتری‌های پردازش موازی نسبت به پردازش سریال (روش سنتی‌تر پردازش اطلاعات) می‌توان به کاهش زمان محاسبه، امکان حل مسایل بزرگ‌تر، غلبه بر محدودیت‌های حافظه، صرفه اقتصادی و استفاده از فناوری‌های روز اشاره کرد.
توپولوژی شبکه (Network Topology)
به نحوه‌ی چیدمان اجزای شبکه و همچنین چگونگی اتصال رایانه‌های داخل شبکه، توپولوژی (Topology) گفته می‌شود. به هر ابزار متصل به یک شبکه رایانه‌ای، گره (Node) گفته می‌شود که به‌وسیله پیوندها (Link) به همدیگر متصل می‌گردند. توپولوژی‌های پیاده‌سازی‌شده برای شبکه‌ها دلایل مختلفی دارند که می‌توان به مواردی چون هزینه، امکانات و سرعت شبکه اشاره کرد.
از آنجا که مبحث توپولوژی‌های شبکه گسترده و نیازمند توضیح بیشتری است، مشروح آن را در زنگ تفریح دیگری ارائه خواهیم‌کرد و در این‌جا به همین بسنده می‌کنیم که سه نوع توپولوژی رایج در شبکه‌های LAN استفاده می‌شود:
۱. STAR
۲. RING
۳. BUS
نمونه‌‌ای از یک گرید مهم و عظیم
سرن (CERN) بزرگ‌ترین مجموعه آزمایشگاهی دنیا در زمینه فیزیک ذرات بنیادی و فیزیک هسته‌ای است. این مجموعه عظیم و منحصر‌بفرد در حاشیه شهر ژنو سوئیس در شهر میرین و در مرز مشترک فرانسه و سوئیس واقع شده‌است. سرن در 29 سپتامبر سال 1954 میلادی توسط سازمان اروپائی تحقیقات هسته‌ای شکل‌گرفته و در طی این مدت نزدیک 53 سال توانسته نقش بسیار موثری در رشد و توسعه علم فیزیک داشته‌باشد. تحقیقات و آزمایش‌ها و پژوهش‌های انجام‌شده در این مرکز و کسب جوایز متعدد توسط دانشمندان و پژوهشگران فعال این مرکز معتبر علمی دنیا (از جمله 6 جایزه نوبل) خود نشان از اهمیت سرن در عرصه تبادلات علمی دنیا دارد.
ایران به عنوان یکی از کشورهای غیر عضو سازمان اروپایی تحقیقات هسته‌ای در سرن حضور دارد. کشورهای غیر عضو در سرن شامل 26 کشور بوده و عبارتند از الجزایر، آرژانتین، ایرلند، مکزیک، کره جنوبی، ایران و ... . محققان ایرانی در آزمایش Compact Muon Solenoid یا CMS، یکی از چهار آزمایش بزرگ پروژه LHC حضور داشتند. همچنین اجرای طرح كلان ملی فناوری «تورین (Grid) محاسباتی ملی» از سال 88 در پژوهشگاه دانش‌های بنیادین (IPM) براساس قراردادی بین معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری و پژوهشگاه دانش های بنیادین آغاز شد.
شاهین روحانی مجری پروژه تورین ملی درباره طرح تورین محاسباتی ملی می‌گوید: این طرح به عنوان طرح کلان ملی مورد حمایت معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری قرار دارد که در آن 12 دانشگاه و موسسه کشور به تورین متصل شده و فعالیت خود را آغاز کرده‌است.
وی اضافه می‌کند: بهره‌برداری دانشجویان، محققان و مراکز علمی و تحقیقاتی از تورین ملی و اطلاعات قابل ارایه در آن از ویژگی‌های بارز این طرح است که با اجرا و قرار گرفتن اطلاعات دانشگاه‌ها و مراکز علمی در این مجموعه، هزینه‌ها، زمان دسترسی و نیز کپی‌برداری مقالات و داده‌های علمی محققان به نام دیگر افراد جلوگیری و امکان استفاده عموم افراد با استفاده از کد دسترسی به مقالات و یافته‌های علمی فراهم می‌شود.
اجرای برنامه‌ها در دانشگاه‌ها و موسسات علمی برای دانشجویان و محققان روی کامپیوترها گاهی چند روز زمان نیاز دارد، که با اجرایی شدن طرح تورین ملی، شاهد کاهش این زمان به پنج تا شش ساعت هستیم. همچنین در مورد هزینه‌های اجرای این طرح می‌گوید: برای اجرای این پروژه بالغ بر 10 میلیارد ریال اعتبار هزینه شده است که امید می رود با همکاری دانشگاه های صنعتی امیر کبیر و صنعتی اصفهان و برقراری دوباره اتصال ابررایانه های این دو دانشگاه به تورین محاسباتی ملی، محققان بتوانند از خدمات قابل ارایه آن استفاده کنند.
فعالیت 17هزار نفر-ساعت متخصص در طراحی تورین
برای آنکه این طرح بزرگ ملی، به بهترین شکل ممکن آماده بهره‌برداری شود، از متخصصان کوشا و نخبه برای همکاری در آن دعوت به‌عمل آمد تا هم توانایی دانشمندان ایرانی را در عرصه رایانه به رخ بکشاند و هم اینکه در راستای عمل به برنامه اقتصاد مقاومتی، با پشتیبانی و حمایت از نیروهای داخلی، تهدیدات تحریم‌های علمی از سوی بیگانگان را به فرصت‌های طلایی تبدیل‌کند. از‌این‌رو، 17000 نفر ساعت فعالیت متخصصین پروژه تورین محاسباتی ملی طی 5 سال موجب‌شد تا با تحقیق و توسعه روی این پروژه، نتایج مناسبی حاصل آید و دانش این فن در سطح ملی پیاده‌سازی و راه‌اندازی شود. امروزه توان محاسبات كلان، نقش مهمی در توسعه صنعتی و علمی كشورها دارد، این نوع محاسبات ممكن است در طراحی صنعتی، ساخت داروهای جدید، مجسم‌سازی طرح‌های صنعتی و دیگر برنامه‌ها به‌كار رود.
منابع :
معاونت علمی و فناوری ریاست‌جمهوری
انجمن فیزیکدانان جوان
زنگ تفریح فیزیک - برخورد دهنده‌ي بزرگ هادروني
ویکی‌پدیا – رایانش موازی
ویکی‌پدیا – Grid Network
ویکی‌پدیا – Parallel Processing
ویکی‌پدیا – Network Topology