ابررایانه Astra با ۱۴۵ هزار هسته، ذخایر هسته‌ای آمریکا را مدیریت می‌کند
هیولت پکارد اینترپرایز با استفاده از پردازنده‌های ARM موفق به ساخت یکی از قوی‌ترین ابرکامپیوترهای جهان شده است. هیولت پکارد اینترپرایز (HPE) از شرکت‌های تابعه، دو دوست و شریک قدیمی هیولت (Hewlett) و پکارد (Packard) است که کار خود را از فعالیت در یک گاراژ آغاز کردند؛ البته ما امروزه شرکت مادر آن‌ها را با نام برند معروف HP می‌شناسیم. شرکت HPE در زمینه‌ی ارائه‌ی خدمات در سرورها، ذخیره‌سازی، شبکه‌سازی، خدمات مشاوره و پشتیبانی فعالیت گسترده‌ای در سطح جهان دارد.
ابررایانه‌ی Astra شرکت HPE مجموعه‌ای مرکب از ۱۴۵ هزار هسته است که به یک انبار بزرگ حافظه متصل شده‌اند و بهطور شگفت‌انگیزی در یک سوپرکامپیوتر کوچک پیاده‌سازی شده‌اند. سیستم Astra وظیفه دارد تا در امر کنترل و ذخیره‌سازی انرژی هسته‌ای آمریکا خدمت کند. این محصول همکاری مشترک اداره‌ی سازمان ملی امنیت هسته‌ای آمریکا (NNSA) و HPE است. پشتوانه‌ی این همکاری هدف‌گذاری و برنامه‌ی سرمایه‌گذاری وزارت انرژی ایالات متحده برای سال ۲۰۲۱ است. وزارت انرژی ایالات متحده به دنبال حل چالش محاسبات سنگین انرژی و فیزیک در زمان کمتری است و ابررایانه‌ی Astra بزرگ‌ترین سوپرکامپیوتر مبتنی بر ARM را برای این منظور پیاده‌سازی کرده است.
در دنیای فناوری، شرکت‌های بزرگ با چند چالش مهم در حال دست‌وپنجه نرم کردن هستند. یکی از این مشکلات مصرف و هزینه‌ی برق است. در مورد ابررایانه‌ها این وضعیت به‌صورت حادتری نمود پیدا می‌کند. ابررایانه‌های قدرتمند با مدرن‌ترین طراحی‌ها، برای رسیدن به بالاترین توانایی گاهی نیاز به مصرف ۱۵ مگاوات برق دارند که معادل مصرف بیش از ۷ هزار خانه است. درعین‌حال که هزینه‌ی انتقال داده‌ها به داخل یک ابررایانه، ۱۰ برابر هزینه‌ی جمع‌آوری داده‌ها برآورد می‌شود، برای کاهش دمای ابرکامپیوترها هم نیاز به سیستم خنک‌کاری و پمپاژ ۴ هزار گالن در دقیقه است.
برای ارتقاء ابرکامپیوتر و کاهش هزینه‌ها در HPE تصمیم گرفته شد که تمرکز کاری به روی اجرای معماری ابداعی شرکت با نام رایانش حافظه محور (Memory Centric Computing) به جای متد جاری رایانش پردازنده محور (Processor Centric Computing) باشد. رایانش حافظه محور بخشی از پروژه‌ی پرسروصدای ماشین (The Machine) شرکت HPE بود. کامپیوتر ماشین با ۱۶۰ ترابایت حافظه، قادر به تحلیل داده بیش از ۱۶۰ میلیون کتاب در یک‌زمان بود که در نوع خود بی‌نظیر و فوق‌العاده به‌حساب می‌آمد. این مقدار حافظه نتیجه‌ی اتصال ۴۰ گره فیزیکی بود که راندمان بسیار بالایی را ارائه می‌داد. کامپیوتر ماشین از یک سیستم‌عامل بهینه‌‌شده مبتنی بر لینوکس روی پردازنده‌ی ThunderX2 که با معماری ARMv8 سازگار است، بهره می‌برد. پردازنده‌ی ThunderX2 محصول شرکت کاویوم با مدیریت Syed Ali است که با مدیران HPE همکاری تنگاتنگی را شروع کرده‌اند. آن‌ها تصمیم گرفتند تا دنیای ابرکامپیوترها را دگرگون کنند و نتیجه‌ی این همکاری تولد ابررایانه‌ی آسترا است. سوپرکامپیوتر جدیدی از HPE که در آن حدود ۲۶۰۰ سرور پردازنده دو هسته‌ای ادغام شده و آن را تبدیل به قوی‌ترین سیستم ساخته‌شده با سخت‌افزارهای ARM تبدیل کرده است.
ابرکامپیوتر Astra یک پلتفرم پردازش بزرگ است و هرچند به‌عنوان پردازشگر و شبیه‌ساز سازمان امنیت ملی هسته‌ای شهرت پیداکرده؛ ولی به‌راحتی می‌تواند محاسبات پردازشی رشته‌های دیگر را نیز انجام دهد. آسترا به روی سیستم Apollo 70 که توسط HPE طراحی‌شده، عمل می‌کند. سیستم Apollo 70 مبتنی بر پردازنده ThunderX2 است که عملکرد بالا و پهنای باند حافظه‌ی عالی در آن نهادینه شده است.
آسترا با عملکردی فوق العاده، باعث درخشش نام HPE و ARM را در دنیای سوپرکامپیوترها شد
رقابت در ساخت ابررایانه‌های جدید به‌شدت در جریان است و البته هر شرکتی با توجه به تکنولوژی توانایی فنی که در اختیار دارد، دست به این کار می‌زند. گاهی شرکت‌ها برای جبران کمبود سرمایه یا دانش فنی تصمیم می‌گیرند با نوآوری و تغییر نگرش وارد این کسب‌وکار بزرگ شوند. انویدیا شرکتی از این دست است که روی طراحی نوآورانه‌ی سوپرکامپیوتر کوچک خود کار می‌کند که بر پایه‌ی پردازش موازی کارت‌های گرافیک عمل می‌کند. در این میان HPE با یک نگرش جدید و با استفاده از سرورهای ARM و پردازنده‌های دو هسته‌ای از آسترا رونمایی کرده است. سیستم جدید آسترا با بیش از ۱۴۵ هزار هسته ساخته شده و با توجه به تجربه‌ی HPE در معماری رایانش حافظه‌محور، شیوه‌ی مدیریت حافظه‌ی آن به نحو کارآمدتری طراحی شده است. اکنون آسترا توانایی ارائه‌ی عملکرد با ۲.۳ پتافلاپس (هزار میلیون میلیون فلاپس) را دارد با حافظه‌ای که ۳۳ درصد سریع‌تر در مقایسه با ابرکامپیوترهای هم‌سایز خود عمل می‌کند. قدرت این سوپرکامپیوتر در عملکرد حافظه‌ی آن است، این همان معماری رایانش حافظه محور HPE است که به سیستم آسترا اجازه می‌دهد تا مقادیر زیادی از داده را مدیریت کند و حتی در مقایسه با سوپرکامپیوترهای مبتنی بر نگرش‌های خلاقانه هم عملکرد بالاتری داشته باشد.
با معماری رایانش حافظه محور دسترسی به حافظه توسط پردازنده به‌راحتی انجام می‌گیرد و اکنون با توسعه و ارتقاء ابرکامپیوتر آسترا، هر یک از هزاران پردازنده‌ی این ابررایانه به یک حافظه‌ی بزرگ دسترسی دارند، این معماری زمان تأخیر مربوط به دسترسی به حافظه توسط پردازنده‌ی هسته را به‌شدت کاهش می‌دهد و باعث می‌شود ابرکامپیوتر Astra نیز در لیست ۱۰۰ ابرکامپیوتر برتر دنیا قرار گیرد.
Astra قطعاً برای رقابت با ابرکامپیوتر IBM طراحی نشده، سوپرکامپیوتر Summit، غول خفته‌ای است که هدف آن تصاحب صدر جدول ابررایانه‌های دنیا محسوب می‌شود و به نظر می‌رسد با قدرت شگفت‌آوری که دارد تا چندی رقیبی هم‌رده، در کنار خود نبیند. ابررایانه‌ی Summit با بیش از ۹ هزار پردازنده‌ی ۲۲ هسته‌ای با معماری تراشه Power9 شرکت IBM و بیشتر از ۲۷ هزار Nvidia Tesla V100 ساخته شده است. سوپرکامپیوتر Summit قدرت انجام ۲۰۰ پتافلاپس را دارد. در فهرست ۵۰۰ ابررایانه‌ی برتر جهان Sunway TaihuLight چینی رکورددار و در اوج بود که تنها قادر به اجرای عملکرد ۹۳ پتافلاپس است، با این وجود آسترا نگران این رقابت سرسختانه نخواهد بود؛ چرا که لیست وظایف آن توسط NNSA مشخص می‌شود. هم‌اکنون نیز آسترا درحال توسعه‌ی مداوم و همکاری با وزارت انرژی ایالات متحده در بخش تحقیقات هسته‌ای و شبیه‌سازی آزمایشگاه ملی سندیا است. سوپرکامپیوتر آسترا در سندیا به‌صورت آزمایشی شروع به کارکرده است و در نهایت برای هدف اصلی ایجاد آن که کمک به مدیریت ذخایر هسته‌ای آمریکا است، بهینه‌سازی می‌شود.
آزمایشگاه سندیا نیز از این فرصت استفاده کرده و بسیاری از شبیه‌سازی‌های فیزیک را بر عهده‌ی ابرکامپیوتر آسترا می‌گذارد و مقدار سرعت و عملکرد آسترا را پیوسته ارزیابی می‌کند. استفاده از این معماری جدید و نتایج مثبت آن باعث می‌شود که پتانسیل این نوع ابررایانه‌ها نیز بهتر دیده شود. به این نحو سوپررایانه‌های مبتنی بر ARM می‌توانند به‌صورت قدرتمندتری در بازار آینده جایگاه خود را تثبیت کنند. چه‌بسا که از این طریق دنیای ابرکامپیوترها با نگرش‌ها و معماری خلاقانه و جدید، بزرگ‌تر و متنوع‌تر از قبل شود.