حل مسائل پیچیده با ابرکامپیوتر

070711-super-computer-02

ابرکامپیوترها (Super Computers) در حقیقت ابزارهایی بسیار پرقدرت و پیشرفته هستند که توان محاسباتی آنها ده‌ها هزار برابر بیشتر از کامپیوترهای معمولی خانگی بوده و البته میلیون‌ها دلار قیمت دارند. ابرکامپیوترها در ساختمان‌هایی با فضای بسیار بزرگ جای داده می‌شوند و سیستم‌های پیشرفته سرمایشی نیز جلوی افزایش دمای ناشی از کارکرد شدید هزاران ریزپردازنده آن را می‌گیرد.
به گزارش جام جم، بی شک نباید انتظار داشت که این توان بسیار بالا، صرف مواردی که با کامپیوترهای معمولی نیز به انجام می رسد، شود. همان طور که می توان حدس زد، هدف از طراحی و ساخت ابرکامپیوتر ها، انجام برخی از حیاتی ترین محاسبات و یافتن پاسخی برای بسیاری از پرسش های مهم پیش روی دانش بشری است. در ادامه به بررسی چند کاربرد مهم ابرکامپیوتر ها در حوزه های مختلف علمی می پردازیم.

شبیه سازی بیگ بنگ

یافتن منشأ شکل گیری کائنات، همواره یکی از مهم ترین پرسش های بشر بوده است. چند لحظه نخست شکل گیری جهان را «بیگ بنگ» یا «انفجار بزرگ» می نامند. در این چند لحظه کوتاه بود که انرژی و ماده در کیهان در دمای چند تریلیون درجه سانتی گراد، به طرزی باورنکردنی انبساط یافت. دانشمندان بر این باورند که بیگ بنگ، حدود ۱۳٫۸ میلیارد سال پیش روی داده است. محاسبات فیزیکی مربوط به این دوره کوتاه بسیار پیچیده است، اما شبیه سازی آن توسط ابرکامپیوترها امکان بررسی دقیق تر این پدیده را فراهم می کند. برای نمونه، دانشمندان دانشگاه تگزاس با استفاده از ابرکامپیوتر ها، به شبیه سازی نحوه شکل گیری نخستین کهکشان پرداخته اند. همچنین دانشمندان ناسا نیز توانسته اند با استفاده از ابرکامپیوتر ها، نحوه تشکیل ستاره ها از گاز و غبار کیهانی را شبیه سازی کنند.

big-bang-100429-02

کامپیوتر ها همچنین امکان بررسی بهتر بخش هایی از کیهان که هنوز مورد کاوش بشر قرار نگرفته را فراهم می کند. حدود ۲۵ درصد از کل کیهان را ماده ای نادیدنی به نام «ماده تاریک» تشکیل می دهد. همچنین ۷۰ درصد از انرژی موجود در کیهان از نوع «انرژی تاریک» است. تاریک نامیدن این دو، نشان دهنده اطلاع نداشتن بشر از ماهیت آنهاست. در حال حاضر دانشمندان با استفاده از قوی ترین ابررایانه های دنیا که توانایی انجام هزاران تریلیون محاسبه در ثانیه را دارند در حال ایجاد مدلی هستند تا هر چه بیشتر به رازهای کیهانی پی ببرند!

شناخت بهتر زلزله

بررسی تاثیر زلزله بر سطوح مختلف زمین می تواند به درک هر چه بهتر این پدیده طبیعی کمک کند. با این که تا حدود یکی دو دهه پیش چنین کاری بسیار سخت و حتی غیرممکن بود، اما امروزه پژوهشگران با ایجاد مدلی سه بعدی از زمین با استفاده از ابرکامپیوتر ها می توانند نحوه تاثیرگذاری امواج زلزله را بر مناطق مختلف زمین بررسی کنند.

گروهی از دانشمندان دانشگاه پرینستون با بهره گیری از ابرکامپیوتر ها به بررسی دقیق ساختار زمین و نیز تاثیر امواج زلزله روی آن می پردازند. نتایج حاصل از این مطالعات می تواند به شناسایی بهتر منابع کانی موجود در زمین و نیز فرآیند ایجاد زمین لرزه کمک کند.

earthquake-100429-02

شناخت پیکربندی پروتئین ها

یکی از سریع ترین کامپیوتر های دنیا که توسط شرکت آی.بی.ام ساخته شده و «ژن آبی» (blue Gene) نام دارد می تواند به درک بهتر انسان از سازوکار پیچیده پروتئین ها کمک کند.

پروتئین ها در واقع از رشته ای بسیار طولانی از اسیدهای آمینه تشکیل شده که به شکلی سه بعدی شکل گرفته اند. کارکرد هر پروتئین به شکل آن بستگی دارد. وقتی که یک پروتئین به شکل نامطلوبی در می آید، می تواند پیامدهای ناگواری همچون جنون گاوی یا آلزایمر را با خود به همراه داشته باشد. همچنین درک نحوه شکل گیری نامطلوب این پروتئین ها می تواند گام اول برای درمان این بیماری ها باشد.

ابرکامپیوتر ژن آبی تاکنون توانسته به نتایج ارزشمندی در زمینه شناخت سازوکار پیکربندی پروتئین ها دست یابد. البته مطالعه در این زمینه فقط به این ابرکامپیوتر محدود نمی شود و چند ابرکامپیوتر دیگر نیز در همین حوزه به کار مشغولند.

نقشه گردش خون انسان

در بدن هر انسان، هزاران رگ و مویرگ وجود دارد. طول همه این رگ ها و مویرگ ها روی هم رفته حدود صد هزار کیلومتر است. اهمیت بررسی این نقشه، گروهی از دانشمندان را بر آن داشت تا با استفاده از کامپیوتر ها به شبیه سازی سیستم گردش خون انسان بپردازند. این دانشمندان چند سال پیش توانستند سیستم گردش خون در مغز انسان را شبیه سازی کنند. این نتایج می تواند به شناخت هر چه بهتر ما از سکته مغزی، آسیب های وارده به مغز و سایر بیماری های عروقی مغز کمک کند.

heart_blood_02

مدل سازی از ویروس آنفلوآنزای خوکی

جامعه جهانی هر از چندگاه با یک بیماری همه گیر مواجه می شود. در صورت همه گیری ناگهانی یک بیماری ویروسی، باید بسرعت نحوه انتقال ویروس را بررسی و نیز دارویی برای مقابله با آن یافت.ابرکامپیوتر ها می توانند در هر دوی این مسائل به ما کمک کنند. برای نمونه، در جریان همه گیری آنفلوآنزای خوکی، چند دانشگاه معروف با استفاده از ابرکامپیوترهای خود به بررسی ویروس عامل این بیماری پرداختند. نتایج حاصل از این بررسی نشان داد که این ویروس هنوز به اندازه کافی در برابر دارو مقاوم نیست و در مواردی مشخص، ممکن است دارو به ویروس متصل شده و سبب افزایش مقاومت آن شود. به همین دلیل پزشکان توانستند تا تجویز داروهایی که سبب افزایش مقاومت ویروس نمی شد، به موفقیت هایی در جلوگیری از تشدید وضع همه گیری آن دست یابند.

آزمایش سلاح های هسته ای

مخالفت افکار عمومی جهان با تولید و گسترش سلاح های هسته ای سبب شده تا بسیاری از کشورها نتوانند براحتی دست به آزمایش این گونه تسلیحات بزنند. همین امر سبب شده ابرکامپیوتر ها به ابزاری مطلوب برای شبیه سازی انفجار انواع تسلیحات هسته ای بدل شود. شرکت IBM یکی از پیشگامان در این حوزه است و با ساخت ابرکامپیوتری با نام سکویا (Sequia) که توانایی انجام بیست هزار تریلیون محاسبه در ثانیه را دارد، به شبیه سازی انفجار ناشی از بمب های هسته ای بپردازند.

پیش بینی وضع آب و هوا

دانشمندان هواشناسی باید انبوهی از متغیرهای مختلف را در پیش بینی وضع آب و هوا مد نظر قرار دهند. در اینجا هم ابرکامپیوترها می توانند به کمک ما آمده و با انجام محاسبات بر اساس این متغیرها، به پیش بینی هر چه درست تر شرایط جوی کمک کنند. اکنون چند مرکز مهم مطالعاتی دنیا با استفاده از ابرکامپیوترهای خود به این کار مشغول هستند.

البته کاربرد ابرکامپیوتر فقط به پیش بینی وضع جوی آینده محدود نمی شود. مدل سازی آب و هوای زمین در دوره های مختلف گذشته و انطباق آن با بقایای فسیلی و زمین شناسی یافت شده نیز از دیگر کاربردهای این ابزارهای قدرتمند دیجیتال است.

080912-hurricane-02

شبیه سازی مغز انسان

همان طور که می دانید، شرکت IBM ابرکامپیوتری با نام سکویا طراحی کرده که از توان محاسباتی بسیار بالایی برخوردار است. جالب است بدانیم اگر ۱۲۰ میلیارد انسان هر یک با استفاده از یک ماشین حساب به مدت ۵۰ سال عملیات محاسباتی انجام دهند، توان محاسباتی آنها برابر با توان محاسباتی سکویا فقط در یک روز خواهد بود!

اما این توانایی شگرف ابرکامپیوترها، در برابر توان مغز آدمی ناچیز است. برای نمونه، ابرکامپیوتری که چندی پیش در یکی از مراکز پژوهشی ایالات متحده ساخته شده بود فقط می توانست مغز یک گربه را شبیه سازی کند. جالب این که کیفیت این شبیه سازی چندان هم راضی کننده نبود و این ابرکامپیوتر حدود صد تا هزار مرتبه ضعیف تر از مغز یک گربه معمولی عمل می کرد. با این همه ابرکامپیوتر ها می توانند در تهیه نقشه ای از سلول های عصبی مغز ما را یاری کنند.

brain-template-100413-02

سال ۲۰۰۶ پژوهشگران سوئیسی توانستند قسمتی با ده هزار سلول عصبی در مغز یک موش را شبیه سازی کنند. پژوهشگران امیدوارند این طرح زمینه ایجاد مدلی کامل از مغز انسان را فراهم کند؛ البته این مدل کارکردهای هوش مصنوعی را ندارد و فقط می تواند اتصالات عصبی موجود در مغز را نشان داده و به دانشمندان در درک هر چه بهتر سازوکارهای مغزی و نیز درمان برخی بیماری های مربوط به آن کمک کند.

منبع: http://www.technewsdaily.com/408-9-super-cool-uses-for-supercomputers.html

(9 نفر , میانگین : 4٫78 از 5)
لینک کوتاه مقاله : http://bigbangpage.com/?p=4341

سمیر الله وردی

کارشناس عمران، علاقمند به نجوم، کیهان شناسی، فیزیک و تکنولوژی های جدید می باشد و بعنوان نویسنده علمی- نجومی در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

یک پاسخ

  1. erfan گفت:

    با نام خدا و با سلام این مطلب خیلی خوبی بود و واقعا به کارم امد دم شما گرم خداحافظ

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *