כל טלפון חכם בימינו מסוגל לחשב הרבה יותר מהר וביעילות ממחשבי העל של פעם. אז מה נותן את כוח ה"על" למחשב?
מחשבים מלווים את חיינו כבר כמה עשורים, אך לרוב כשאנו מדברים על "מחשב" אנו מתכוונים למכשיר הביתי הידוע בשם "מחשב אישי". אך קיימים מחשבים נוספים, שחלקם מתהדרים בתואר המרשים "מחשב-על". מה הופך כלי חישוב אלקטרוני ל"מחשב-על"?
ראשית יש להבין שמחשב-על הוא מונח יחסי לתקופה, שמתאר מחשבים שנמצאים בראש הדירוג העולמי מבחינת כוח החישוב שלהם. הכוח הזה שקול למהירות החישוב – כמה פעולות יכול המחשב לבצע בשנייה. יחידת המידה הרלוונטית כאן היא FLOPS: ראשי תיבות של Floating Point Operations Per Second. בעוד שלמחשבי העל הראשונים היה כוח של קילופלופס (אלפי פלופס) בודדים, המחשבים החזקים ביותר כיום מגיעים אפילו ל-34 פטהפלופס (34X1015 FLOPS).
ההגדרה של מחשב על נקבעת כאמור רק יחסית למחשבים האחרים שקיימים באותה תקופה, כך שמחשב על בן כמה שנים לא ייחשב כיום ל"מחשב על", אף על פי שלא השתנה בו דבר.
כמעט כל מחשבי העל הקיימים כיום משתמשים בעיבוד מקבילי, כלומר מספר עצום של מעבדים (ליבות) המחוברים זה לזה ברשת מהירה. אחת הבעיות המרכזות שמעכבת את התפתחות המחשוב הזה היא החום הגבוה שנוצר מהפעולה של כל כך הרבה מעבדים בעת ובעונה אחת. דמיינו לצורך העניין את החום שנוצר במחשב האישי ומסולק ממנו באמצעות מאווררים, והכפילו אותו במאה אלף המעבדים הקיימים במחשב העל. כדי לקרר אותם צריך להשתמש בקירור נוזלי, ולפעמים אפילו זה לא מספיק.
בנוסף, גם צריכת החשמל של מחשב כזה היא אדירה. לדוגמה, מחשב העל JAGUAR צרך בעת הפעלתו כשבעה מגה-ואט חשמל, ועלות החשמל לבדו הייתה יותר ממיליון דולר בשנה.
חשוב להבהיר שרוב מחשבי העל כיום אמנם משתמשים בעיבוד מקבילי, אך לא כל מחשב שמשתמש בעיבוד מקבילי הוא "מחשב על". גם אם נחבר עוד ועוד ליבות למחשב מקבילי עצום, עדיין לא נהפוך אותו למחשב על, כיון שקצב העברת הנתונים בין המעבדים עדיין יגביל את מהירות החישוב. דרושות טכנולוגיות נוספות כדי להתגבר על הבעיה הזאת.
למה צריך מחשבי על?
מחשבי על מיועדים בדרך כלל לפתור בעיה אחת בלבד, כך שכל הארכיטקטורה שלהם מוכוונת לביצוע חישוב ספציפי. דוגמה מפורסמת היא "כחול עמוק", מחשב השחמט שניצח את אלוף העולם גארי קספרוב. IBM בנו את המחשב למטרה הספציפית הזו ופירקו אותו אחרי שהגשים את המטרה. דוגמאות נוספות הם מחשבי על שמשמשים לפענוח צפנים, הדמיית חלבונים, מחקר אקלים, וחישובי כבידה.
כל מחשב כזה מתוכנן ונבנה במיוחד למטרה ספציפית, ויעילותו המרבית מושגת רק כשמשתמשים בו למטרה שלשמה נבנה. בנוסף, מחשבי על מועילים מאוד לחישובים תיאורטיים הדרושים לפיתוח נשק גרעיני, ולכן קיימות מגבלות בינלאומיות רבות על הייצור וההפצה שלהם.
כיום נעשים מאמצים לייצר "מחשב על מבוזר", כלומר מחשב על "וירטואלי" שיפזר את פעילותו על פני מעבדים רבים בכל רחבי העולם, וינצל את כוח החישוב הזמין של מחשבים רבים. לדוגמה, פרויקט BOINC של אוניברסיטת ברקלי בקליפורניה מנצל את כוח החישוב של כ-800 אלף מחשבים אישיים ברחבי העולם ו"רץ ברקע" כאשר המעבד שלהם פנוי.
רבים מהפרויקטים הללו מנוהלים על ידי מוסדות מדעיים גדולים ומוכרים, כמו מאיץ החלקיקים LHC בז'נבה. הם משתמשים בכוח החישוב הזמין של ההמון כדי לייעל תהליכי חישוב שהיו דורשים זמן רב אילו היו משתמשים במחשב בודד, או שהיו מחייבים אותם לבנות מחשב ייעודי יקר עבור החישובים האלה.
