تفاوت مین‌فریم (Mainframe) و ابررایانه (Supercomputer) و کاربرد آن‌ها

تفاوت مین‌فریم و ابررایانه در یک نگاه

شاید تفاوت‌ اصلی ابررایانه و مین‌فریم این باشد که یک ابررایانه تمام قدرت خود را بر اجرای چند برنامه معدود و خاص متمرکز می‌کند تا آن‌ها را تا جای ممکن سریع‌تر پردازش کند. اما مین‌فریم توان محاسباتی خود را به اجرای هم‌زمان برنامه‌های متعدد و مختلف تخصیص می‌دهد. برای آگاهی بیشتر در این باره بهتر است توضیح داده شود که مین‌فریم و ابررایانه هر یک چه هستند و چه کاربردهایی دارند.

مین‌فریم (Mainframe) چیست و چه کاربردی دارد؟

مین‌فریم را می‌توان کامپیوتر بزرگ و قدرتمندی دانست که ‌جایگزین صدها و شاید هزاران کامپیوتر عادی شده است. مراکزی که می‌خواهند رایانش و محاسبات‌شان متمرکز باشد می‌توانند از مین‌فریم بهره ببرند. مین‌فریم‌ها عمدتا در مراکز دولتی و سازمان‌های بزرگی به خدمت گرفته می‌شوند که کاربران‌شان بسیار است و با پردازش داده‌های انبوه، برنامه‌های مهم، تراکنش‌های مالی، آمارگیری صنعتی و مصرفی و… سروکار دارند.  

کارکنان این مراکز گاهی به‌جای کامپیوترهای شخصی مستقل، از طریق پایانه‌های اصطلاحا خاموش (dumb terminal) به مین‌فریم متصل می‌شوند. پایانه‌های خاموش فقط ورودی و خروجی (صفحه‌کلید و نمایشگر) دارند و فاقد تجهیزات پردازشی هستند. لذا در اصل، تمام محاسبات را مین‌فریم انجام می‌دهد و داده‌ها نیز در مین‌فریم ذخیره می‌شود. استفاده از مین‌فریم، فرآیند رایانش را متمرکز و مدیریت آن را تسهیل می‌کند. برای مثال، چون در این شیوه تمام داده‌ها روی مین‌فریم ذخیره می‌شود، هنگام به‌روزرسانی داده‌ها کافی است داده‌های مین‌فریم به روزرسانی شود.

شکل ۱٫ مین‌فریم z15

مین‌فریم‌های اولیه در محفظه‌ها یا اصطلاحا فریم‌های فلزی بزرگی به‌اندازه یک اتاق جای می‌گرفتند و شاید به‌همین علت «مین‌فریم» نامیده شدند. آن‌ها برق بسیاری مصرف و گرمای فراوانی تولید می‌کردند، لذا برای تهویه هوا به تجهیزات قدرتمندی نیاز داشتند. زمانی مین‌فریم‌ها حدود ۶۰۰ تا ۳۰۰۰ متر مربع و حتی بیشتر فضا اشغال می‌کردند. اما اوایل دهه ۱۹۹۰ پردازنده‌های مورد استفاده در مین‌فریم و اکثر تجهیزات ورودی/خروجی از نظر فیزیکی کوچک‌تر شدند و هم‌زمان قابلیت‌ها و ظرفیت‌شان افزایش یافت. به همین سبب، مین‌فریم‌های امروزی بسیار کوچک‌تر از همتایان پیشین خود هستند و اندازه‌شان تا حد یک یخچال کاهش یافته است.

در حال حاضر آی‌بی‌ام از جدی‌ترین تولیدکنندگان مین‌فریم در جهان است. یکی از تازه‌ترین و قدرتمندترین مین‌فریم‌های آی‌بی‌ام z15 نام دارد که دارای ۱۹۰ هسته پردازنده است، از ۴۰ ترابایت حافظه RAIM پشتیبانی می‌کند و می‌تواند روزانه تا یک تریلیون تراکنش وب انجام دهد.

شکل ۲٫ مراکز مختلف در صورت نیاز می‌توانند چند مین‌فریم (در این تصویر،  z15) را کنار یکدیگر به کار بگیرند.

ابررایانه (Supercomputer) چیست و چه کاربردی دارد؟

ابررایانه‌ها در کل، قدرتمندترین کامپیوترهای دوران خود هستند. برخلاف مین‌فریم‌ها که می‌توانند برای انجام وظایف متعددی به کار گرفته شوند، ابررایانه‌ها عمدتا برای انجام محاسبات خاص علمی و مهندسی بهینه شده‌اند و از آن‌ها در حوزه‌هایی مانند پیش‌بینی آب‌وهوا، کشف ترکیبات دارویی… استفاده می‌شود.

یک ابررایانه بزرگ و قدرتمند معمولا شامل هزاران و گاهی میلیون‌ها هسته پردازنده و حجم عظیمی از حافظه رم است. تجهیزات پردازشی و ذخیره‌سازی ابررایانه‌ها درون آرایه‌ای از رک‌‌های (rack) متعدد جای می‌گیرند و لذا کل مجموعه، فضای وسیعی اشغال می‌کند.

یکی از نام‌آشناترین ابررایانه‌های دهه اخیر، ابررایانه چینی سان‌وی تایهولایت (Sunway TaihuLight) است که دو سال پیاپی صدرنشین فهرست برترین ابررایانه‌های دنیا بود. این ابررایانه را مرکز ملی تحقیقات مهندسی و فناوری رایانش موازی چین ساخته است. ابررایانه سان‌وی‌ تایهولایت در حال حاضر (اوایل سال ۲۰۲۰ میلادی) بیش از ۱۰٫۶۴۹٫۶۰۰ هسته پردازنده و بیش از یک‌ میلیون و سیصدهزار گیگابایت حافظه رم دارد. توان محاسباتی ابررایانه‌ها را بر حسب تعداد محاسبات ممیز شناوری که در هر ثانیه انجام می‌دهند می‌سنجند و آن را اصطلاحا فلاپ (FLOP: Floating Point Operations Per Second) می‌نامند. برای مثال توان محاسباتی تئوریک ابررایانه سان‌وی تایهولایت بیش از ۱۲۵٫۴۳۶ پتافلاپ است. چون هر پتافلاپ برابر ۱۰^۱۵ محاسبه ممیز شناور است، با ضرب ۱۲۵٫۴۳۶ در ۱۰^۱۵ عدد بسیار بزرگی حاصل می‌شود که توان محاسباتی این ابررایانه را نشان می‌دهد.

شکل ۳٫ ابررایانه چینی سان‌وی تایهولایت و آرایه‌ای از رک‌های این ابررایانه در پس‌زمینه تصویر

با توجه به این‌که پردازنده‌ها و دیگر تجهیزات رایانشی پیوسته در حال پیشرفت هستند، ابررایانه‌ها نیز بسته به دوران خود تعریف می‌شوند. لذا ابررایانه‌‌های چند دهه پیش، امروزه در مقایسه با کامپیوترهای عادی نیز عمدتا سامانه‌های کم‌توانی محسوب می‌شوند. برای مثال، نخستین ابررایانه‌ای که به موفقیت تجاری دست یافت، CDC 6600 نام داشت که سیمور کری آن را طراحی کرده بود. ابررایانه CDC 6600 که در سال ۱۹۶۴ عرضه شد، تنها دارای یک پرازنده مرکزی (سی‌پی‌یو) و توان محاسباتی آن سه میلیون محاسبه ممیز شناور در ثانیه بود. این ابررایانه در آن زمان، ۸ میلیون دلار (با نرخ امروز، ۶۰ میلیون دلار) قیمت داشت.

نکته: واژه ترکیبی «ابررایانه» را گاهی به‌صورت جداگانه (ابر رایانه) می‌نویسند. گاهی نیز به‌جای ابررایانه، «ابر کامپیوتر» می‌گویند. اما «ابررایانه» ترکیب درست‌تری به‌نظر می‌رسد.