آزمایشگاه رایانه موازی
معرفی آزمایشگاه رایانه موازی
رایانه موازی، مجموعه‌ای از واحدهای پردازشی موازی است كه با استفاده از الگوریتم‌های موازی محاسبات عددی، حل معادلات ریاضی پیچیده را كه با رایانه‌های متداول بسیار زمان‌گیر است، امكان‌پذیر می‌نماید. هدف از آزمایشگاه رایانه موازی، راه‌اندازی سخت‌افزار و نرم افزار مورد نیاز گروه‌های مختلف پژوهشی در پژوهشگاه هوافضا است تا نیازهای پردازشی فوق سریع آنها را برآورده نماید. الگوهای ریاضی، ابزاری مناسب برای تحلیل و شبیه‌سازی بسیاری از پدیده‌های طبیعی‌اند، هر چند كه بسیاری از نظریه‌های علمی كه از زبان ریاضی استفاده می‌كنند، در بیان، ساده و موجزاند ولی در كابرد، آنجایی كه برای پیش‌گویی پدیده‌ای خاص مورد استفاده قرار می‌گیرند، به چنان معادله‌های پیچیده‌ای ختم می‌شوند كه حل تحلیلی برای آنها ارائه نشده است. از این دست علوم و مسائل كه در صنایع هوافضا كاربرد دارند، به وفور می‌توان یافت. توسعه روش‌های عددی برای حل معادله‌های پیچیده ریاضی كه حل تحلیلی ندارند از همین دیدگاه رشد یافته‌اند. روش‌های عدديِ حل معادله‌های ریاضی، تاریخچه‌ای دیرینه دارند. ساخت رایانه‌ها و افزایش قدرت پردازشی آنها باعث شده است تا این روش‌ها از مهمترین ابزارهای علم و فناوری روز شوند.
افزایش قدرت حل معادله‌های ریاضی الگوهای علمی، باعث شده‌اند تا بتوانیم از الگوهایی با ساده‌سازی‌های كمتر استفاده كنیم و به دقت‌های بیشتری دست یابیم. افزایش دقت، بهبود راندمان و افزایش سرعت پردازشی قابلیت‌هایی را به همراه داشته است كه بی‌سابقه بوده‌اند. افزایش قابلیت، سرعت و حافظه رایانه‌ها امكان بیشتری در اختیار كاربران قرار داده است ولی بازهم مسائلی وجود دارند كه با روش‌های عددی هم نمی‌توانیم در زمانی معقول و هزینه‌ای منطقی به پاسخ برسیم. همین موضوع و برای كاهش زمان اجرای برنامه‌های بزرگ رایانه‌ای، توجه متخصصان را به توسعه روش‌های محاسباتی فوق سریع واداشته است.
بسیاری از الگوهای ریاضی مسائل علمی به گونه‌ای هستند كه بخش‌های محاسباتی آن، به راحتی از هم قابل تفكیك پذیر است و هر بخش به صورت مستقل قابل انجام است. این دست از فعالیت‌ها، قابلیت موازی سازی بالایی ارند و برای شروع هر كدام نیازی به انتظار برای پایان دیگری نیست. رایانه‌های موازی ابزار پیاده‌سازی الگوریتم‌های موازی هستند. در این رایانه‌ها بر حسب نوع آن، تعدادی پردازنده و حافظه را با توپولوژی‌های مختلف به هم متصل می‌كنند. در این سیستم‌ها بخش‌های مختلف و مستقل یک برنامه به صورت موازی روی گره‌های محاسباتی در رایانه موازی اجرا می‌شود. در نتیجه، برنامه در زمانی كوتاه‌تر از اجرای آن روی یك پردازنده، اجرا می‌شود.
در كاربردهای علمی و مهندسی امروز، بسیاری از مسائل، تنها با بكارگیری محاسبات موازی امكان‌پذیر است. در صنایع هوافضا، بواسطه دقت‌ها و شرایط عملكردی ویژه و قابلیت اطمینان بالای مورد نیاز، به انجام شبیه‌سازی‌های بیشتری نیاز است و بسیاری از ساده‌سازی‌ها در آنها امكان‌پذیر نیست یا مسئله به گونه‌ای است كه الگوی ریاضی آن بسیار پیچیده است، به خصوص در فعالیت‌های تحقیقاتی این صنعت، مواجه با مسائل پیچیده ریاضی كه قابلیت موازی‌سازی در حل دارند، بسیار زیاد است. در ادامه به تعدادی از آنها اشاره خواهیم كرد، در تمامی این مسائل مدل ریاضی منجر به حل دستگاه معدلات خطی و یا غیر خطی و یا روش‌های تكراری خواهد شد كه در اكثر موارد قابلیت تفكیك‌پذیری دارند:
الف- تحلیل المان محدود سازه‌های هوافضایی تحت بارگذاری‌های متفاوتی چون ایرودینامیك (ایروالاستیك)، بارهای حرارتی، ضربه
ب- شبیه‌سازی شش درجه آزادی فضاپیماها و ماهواره‌ها
ج- تحلیل عددی دینامیك سیال
د- تحلیل رفتار مواد جدید چون تحلیل مواد در ابعاد نانومتر كه عمدتا مبتنی بر تئوری‌های مكانیك كوانتوم است.
تجهیزات و امکانات آزمایشگاه
- سخت افزار رایانه موازی
- 192 گره محاسباتی
- حافظه اصلی 64 گیگابایت
- حافظه انبوه 2 ترابایت
- واحد پردازشی
- واحد تامین برق اضطراری
- شبکه ارتباطی Infiniband
- نرم افزار
- سیستم عامل لینوکس و ویندوز
- نرم افزارهای مهندسی: Matlab، Fluent، Ansys
- توسعه کد با زبان C و فرترن
- توابع کتابخانه‌ای: Open MPI
خدمات قابل ارائه و زمینه‌های همکاری
- ارائه خدمات پردازش موازی به دانشجویان و اعضای هیات علمی پژوهشگاه هوافضا
- ارائه خدمات پردازش موازی به دانشجویان و اعضای هیات علمی سایر مراکز آموزشی و پژوهشی
- راه‌اندازی رایانه‌های موازی در ردههای آموزشی و صنعتی
- ارائه مشاوره تخصصی در زمینه تجهیز آزمایشگاههای پردازش موازی و استفاده بهینه از آنها
- برگزاری دورههای آموزشی در زمینه برنامهنویسی موازی با زبانهای C و فرترن با استفاده از MPI
- تدوین کتابخانة روالهای کاربردی برای رایانه‌های موازی در زمینة محاسبات عددی
- ایجاد امکان استفاده از نرمافزارهای تجاری در زمینة دینامیک سیالات محاسباتی، تحلیل المانهای محدود سازهای، کنترل، بهینهسازی و تحقیق در عملیات روی ساختارهای موازی
- راه‌اندازی شبکههای خوشهای جهت استفاده در شبیه‌سازی پرواز با قابلیت پردازشهای گرافیکی مورد نیاز
- راه‌اندازی، مشاوره و آموزش برنامهنویسی موازی در شبکههای محلّی با هدف استفاده بهینه از منابع رایانه‌ای موجود
فعالیت‌های پژوهشی