تورین، ابزاری برای ورود به عصر جدید

این نوع توان محاسباتی با استفاده از موازی‌سازی و به‌کارگیری تکنولوژی تورین‌(Grid) و توان محاسباتی خوشه‌های پراکنده در سطح یک کشور مبتنی بر زیرساخت اینترنتی و سخت‌افزارهای مدرن  است حاصل می‌شود.

در این راستا معاونت علمی وفناوری ریاست جمهوری که مجری طرح‌های کلان ملی در حوزه فناوری‌های نوین است، طرح تورین‌(Grid) محاسباتی ملی ایران را با عقد قراردادی با وزارت علوم، تحقیقات و فناوری با محوریت پژوهشگاه دانش‌های بنیادی(IPM)  در سال 88 آغاز کرد.

در مرحله اول این طرح کلان دو ابر رایانه که جزو 500 ابررایانه برتر دنیا محسوب می‌شود در دانشگاه‌های صنعتی امیر کبیر و صنعتی اصفهان راه‌اندازی شد.

مرحله دوم راه‌اندازی ابررایانه‌هایی با قدرت پردازش کمتر در سایر دانشگاه‌ها با پراکندگی لازم در کشور و اتصال آنها به یکدیگر به صورت تورین‌(Grid) بود که در هفته‌های اخیر با حضور رئیس‌جمهور رونمایی و افتتاح شد.

طرح کلان ملی فناوری راه‌اندازی تورین محاسباتی ایران از اهمیت استراتژیک ویژه‌ای برخوردار است و می‌تواند دروازه‌های جدیدی از امکانات فناوری و محاسباتی را روی محققان و دانشمندان ایرانی بگشاید. سرعت خیره‌کننده، فضای ذخیره‌ای عظیم، گردش کار مطمئن، امکان دسترسی به کاربردهای نیرومند برای حل مسائلی که تاکنون امکان حل آنها در داخل مملکت وجود نداشته است و نیز پیشگامی علمی و فناوری در سطح منطقه خاورمیانه همه از ویژگی‌های طرح تورین‌(Grid) ملی ایران به شمار می‌رود. از این‌رو با دکتر شاهین روحانی مجری این طرح کلان ملی به گفت‌وگو نشسته‌ایم تا با فناوری تورین‌(Grid) و کاربردهای آن آشنا شویم:

فناوری تورین‌(Grid) چیست؟

در چند دهه اخیر، محاسبات کامپیوتری در بسیاری از شاخه‌های علوم نقش عمده‌ای در تولید علم ایفا کرده است. این محاسبات متناسب با پیچیدگی مساله مورد مطالعه با کامپیوترهای شخصی(PC)، خوشه‌های کامپیوتری (cluster)  و یا ابررایانه‌ها صورت گرفته است.

هدف از فناوری تورین (Grid)، یکپارچه کردن منابع پردازشی شامل کامپیوترها، داده‌های خام، برنامه‌های کاربردی، آشکارسازها و دستگاه‌های آزمایشگاهی است که از طریق یک شبکه (مانند اینترنت) به همدیگر متصل شده‌اند. در واقع هدف این است که آنها را به‌طور یکپارچه به یک ابررایانه مجازی ولی بسیار قوی تبدیل کند. کلمه Grid از Electrical Grid  (شبکه برق شهری) گرفته شده است زیرا هدف آرمانی فناوری تورین‌(Grid) رسیدن به مرحله‌ای است که تشابه زیادی با شبکه برق شهری دارد.

در شبکه برق شهری، شخص استفاده‌کننده (کاربر) می‌تواند با اتصال دستگاه استاندارد هر مقدار که نیاز داشته باشد از برق استفاده کند، بدون آن‌که اطلاع داشته باشد که منبع برق از کجا تامین می‌شود. در تورین‌(Grid) آرمانی کاربر با وارد کردن مشخصات خود از طریق یک پایانه مثل laptop طبق یک استاندارد به تورین (Grid)وارد می‌شود و برنامه کاربردی مورد نظر خود را فرا می‌خواند و بقیه کار به تورین‌(Grid) سپرده می‌شود، تورین‌(Grid) توان محاسباتی لازم و احیانا داده‌های لازم را در بهترین حالت فراهم می‌آورد و فرمان کاربر را در کمترین زمان ممکن انجام داده و پایان کار را به کاربر انتقال می‌دهد. این در حالی‌ است که هریک از این منابع سه‌گانه ممکن است در مکان جغرافیایی دور از یکدیگر قرار داشته باشند.

یکی از پارامترهای محاسباتی مهم برای محققان، زمان محاسبه است. ممکن است اجرای یک برنامه محاسباتی در یک کامپیوتر شخصی یک سال به طول بینجامد در حالی که همان برنامه در یک خوشه کامیپوتری در کمتر از یک هفته به اتمام برسد.

در واقع زمان محاسبه نسبت مستقیم با پیچیدگی مساله و نسبت معکوس با توان محاسباتی کامپیوتر دارد.هر قدر پیچیدگی مساله بیشتر باشد زمان محاسبه طولانی‌تر است و هر قدر توان محاسباتی بیشتری در اختیار داشته باشیم زمان محاسبه کوتاه‌تر خواهد بود. محاسبات سریع و محاسبات تورین در حوزه‌هایی چون هواشناسی، صنایع خودروسازی و زمین‌شناسی اهمیت زیادی دارد که با راه‌اندازی این طرح کلان محقق می‌شود. داده‌های شبکه تورین‌(Grid) ملی در حوزه‌های مختلف علمی چون فیزیک، شیمی، بیولوژی، مهندسی، مواد و علوم اجتماعی کاربرد دارد ضمن آن‌که امکان ساخت مدل‌های عظیم محاسباتی را برای محققان کشور فراهم می‌کند.

مثال‌هایی از کاربردهای مهم تورین‌(Grid) محاسباتی بزنید تا قضیه بیشتر آشکار شود؟

بله! در حال حاضر فیزیکدانان ذرات بنیادی برای درک ماهیت ماده و اندرکنش  نیروهای بین آنها، بزرگترین شتابگر ذرات را ساخته اند که به شتابگر بزرگ ذرات (LHC) مشهور است این شتابگر در سرن (CERN) مرکز تحقیقات هسته‌ای اروپا قرار دارد. این آزمایشگاه بزرگ سالانه تقریبا 10 میلیون مگابیت داده تولید می‌کند که فیزیکدانان سراسر دنیا در صدد تحلیل آن داده‌ها هستند. هرچند تحلیل آنها در سرن که محل تولید آنهاست امکان‌پذیر می‌باشد ولی فیزیکدانان سراسر دنیا به تحلیل این داده‌ها علاقه‌مند می‌باشند. بنابراین لازم است که داده‌ها به نقاط مختلفی از دنیا که توان محاسباتی کافی دارند ارسال شوند و تحلیل روی آنها انجام گیرد.

از این‌رو راه‌اندازی تورین محاسباتی ایران می‌تواند گامی موثر برای استفاده پژوهشگران رشته فیزیک ذرات در کشور از این امکانات باشد.

مثال دیگر رمزگشایی و شناختن ژن انسان است، که دانشمندان در شاخه‌های مختلفی از زیست‌شناسی علاقه‌مندند آن را درک کنند. در این مقوله داده‌های زیادی به صورت رشته‌هایی از DNA موجود می‌باشد که حجم عظیمی از اطلاعات را به خود اختصاص داده و برنامه‌های کاربردی متعددی برای تحلیل این داده‌ها وجود دارد. از سوی دیگر طراحی یک دارو برای از بین بردن یک گونه خاص از ویروس یکی دیگر از کاربردهای تورین محاسباتی است.

به‌طور کلی در این موارد گفته شده میزان محاسبات یا به عبارت دیگر زمان محاسبات آن قدر زیاد است که انجام دادن آن فراتر از توان محاسباتی یک موسسه است.مقدار داده‌ها در بعضی موارد آن قدر زیاد است که ذخیره آنها در مرکز تولید داده امکان‌پذیر نیست و باید به نقاطی منتقل شوند که توان محاسباتی لازم فراهم باشد. بنابراین اگر منابع محاسباتی افراد و موسسات مختلف مثل کامپیوترهای شخصی، خوشه‌های کامپیوتری، ابرکامپیوترها و انباره‌های داده‌های آزمایشگاهی به اینترنت متصل شوند، پتانسیل محاسباتی عظیمی به‌وجود خواهد آمد و اگر به‌طور منسجم، امن و بهینه مدیریت شوند محققان و کارشناسان کامپیوتر درصدد برآمدند این پتانسیل عظیم محاسباتی را مهار کنند و فناوری مربوط را فناوری تورین‌(Grid) نامیده‌اند.

پس با این‌ حساب این شبکه فقط برای پردازش اطلاعات به‌کار نمی‌رود و کاربردها یا به عبارتی دسته‌بندی‌های مختلف دیگری نیز دارد.

بله، طبقه‌بندی‌های متعددی برای تورین‌(Grid) تصور شده است، تورین‌(Grid) پروژه‌ای یکی از این دسته بندی هاست. در این نوع تورین (Grid)،موسساتی علمی در سراسر دنیا که به یک موضوع خاص علمی علاقه‌مند هستند با به اشتراک گذاردن منابع محاسباتی، داده‌های آزمایشگاهی، محققان و دستاوردهای پژوهشی خود، یک تورین‌(Grid) پروژه‌ای را ایجاد می‌کنند. در این نوع تورین‌(Grid) معمولا موسساتی علمی در نقاط مختلف دنیا مشارکت دارند. بنابراین، مساله امنیت، اولویت و سطح دسترسی به منابع موجود از مسائل مهم این نوع تورین ‌(Grid) به حساب می‌آید.

تورین‌(Grid) ملی یکی دیگر از این دسته‌بندی‌هاست. در این نوع تورین‌(Grid) دولت کامپیوترهای موجود در کشور را برای نیازهای محاسباتی خود در سازمان‌های مختلف دولتی از جمله مراکز تحقیقاتی، صنعت، اقتصاد و مراکز نظامی به کار می‌گیرد و اصولا یک زیر ساختار تورین‌(Grid) ملی تعریف می‌کند. در حال حاضر خیلی از کشورها، تورین‌(Grid) ملی خود را تعریف کرده‌اند و با یک پارچه کردن منابع محاسباتی و داده‌ای تحت نظر دولت، نیازهای محاسباتی خود را تامین می‌کنند. بنا به سیاست دولت‌ها ممکن است تورین (Grid)‌های ملی ارتباط فرامرزی داشته باشند. بنابراین لازم است که از استاندارد جهانی تبعیت کنند.

یکی دیگر از دسته بندی‌های فناوری تورین‌(Grid) خصوصی است. در این تورین‌(Grid)  یک دانشکده یا موسسه یا شرکت با به اشتراک گذاشتن منابع محاسباتی خود یک تورین‌(Grid) خصوصی ایجاد می‌کند و در واقع مرز‌های اشتراک محدود به آن دانشکده یا موسسه می‌شود. در این‌گونه تورین (Grid)‌ها بخاطر کوچک بودن داشتن مدیریتی مرکزی و اعتماد عمومی کاربران، به‌کارگیری بهینه منابع محاسباتی در درجه اول امنیت در درجه دوم اهمیت قرار دارد. تورین‌(Grid) تجاری هم چیزی شبیه شبکه برق شهری خصوصی است. یعنی شرکت‌هایی وجود دارند که توان محاسباتی را در اختیار مشتریان خود می‌گذارند. این گونه تورین (Grid)‌ها بازار خود را در آینده پیدا خواهد کرد. به‌عنوان نمونه می‌توان به شرکت Oracle یا Amazon اشاره کرد.

از چه زمانی فعالیت برای راه‌اندازی تورین محاسباتی ملی آغاز شد؟

اجرای طرح کلان ملی فناوری تورین‌(Grid) «محاسباتی ملی» از سال 88 در پژوهشگاه دانش‌های بنیادی(IPM)  براساس قراردادی بین معاون علمی و فناوری رئیس‌جمهور و وزیر علوم، تحقیقات و فناوری آغاز شد که طی آن قرار بود حداقل 12 دانشگاه و مراکز تحقیقاتی به این شبکه متصل شوند. عملاً در پایان طرح 14 دانشگاه و مرکز پژوهشی شامل دانشگاه‌های صنعتی شریف، تهران، تربیت مدرس، صنعتی شیراز، بین‌المللی امام خمینی(ره)، علم و صنعت، تفرش، شیراز، فردوسی مشهد، پژوهشگاه دانش‌های بنیادی،رازی کرمانشاه و مرکز بین‌المللی علوم و تکنولژی پیشرفته کرمان،صنعتی اصفهان، صنعتی امیرکبیر  به تورین‌(Grid) ملی متصل شدند. در فاز اول این طرح کلان ملی فناوری هم در دو دانشگاه صنعتی اصفهان و صنعتی امیرکبیر، مرکز ابررایانه ملی راه‌اندازی شد.

هدف و ضرورت راه‌اندازی تورین محاسباتی ملی چیست؟

این پروژه با هدف نهایی پیاده‌سازی شبکه محاسباتی کشور به صورت تورین‌(Grid) تدوین شده است به‌طوری که کلیه دانشگاه‌ها و موسسات پژوهشی و علمی به آن متصل باشند و توان استفاده از امکانات محاسباتی برای همه کابران واجد شرایط ایجاد شود و در عین حال اتصال به شبکه جهانی نیز حاصل شود.

همان‌طور که گفته شد، پیشرفت بسیاری از علوم و تکنولوژی مدرن جهان مدیون وجود چنین توان محاسباتی است. در معاونت علمی و فناوری ریاست جمهوری تشخیص داده شد که بدون چنین ابزاری علم و صنعت، کشور نمی‌تواند پا به پای سایر کشورهای جهان قدم‌های پیشرفت را بردارد. لذا عزم لازم جهت اجرای این پروژه به‌وجود آمد. اکنون با به‌وجود آمدن این توان محاسباتی عظیم، اجرای بسیاری از پروژه‌های علمی و صنعتی که قبلاً ناممکن به نظر می‌رسید، ممکن شده است.

امیربامه‌ / ‌جام‌جم