مركز تكساس للحوسبة المتقدمة

بتمويل من المؤسسة الوطنية للعلوم (NSF)، يُعدّ XSEDE نظامًا افتراضيًا يُمكّن العلماء من تبادل موارد الحوسبة والبيانات والخبرات بشكل تفاعلي. ويُمثّل XSEDE أقوى وأشمل مجموعة متكاملة من الموارد والخدمات الرقمية المتقدمة على مستوى العالم. يُعدّ مركز تكساس للحوسبة المتقدمة (TACC) أحد الشركاء الرئيسيين في مشروع XSEDE، حيث تشمل موارده قدرة حوسبة تتجاوز بيتافلوب واحد، وسعة تخزين بيانات تزيد عن 30 بيتابايت، سواءً عبر الإنترنت أو في الأرشيف. وكجزء من المشروع، يُتيح TACC الوصول إلى قواعد بيانات Ranger وLonestar وLonghorn وSpur وRanch من خلال مخصصات XSEDE ربع السنوية. ويُقدّم موظفو TACC الدعم لباحثي XSEDE على مستوى الولايات المتحدة، ويُجرون أبحاثًا وتطويرًا لتعزيز فعالية XSEDE وزيادة تأثيره. تضم شراكة XSEDE أيضًا: جامعة إلينوي في أوربانا-شامبين، وجامعة كارنيجي ميلون/جامعة بيتسبرغ، وجامعة تكساس في أوستن، وجامعة تينيسي نوكسفيل، وجامعة فرجينيا ، ومؤسسة شودور التعليمية، ورابطة أبحاث جامعات الجنوب الشرقي، وجامعة شيكاغو ، وجامعة كاليفورنيا في سان دييغو ، وجامعة إنديانا، ومركز يوليش للحوسبة الفائقة، وجامعة بيردو، وجامعة كورنيل، وجامعة ولاية أوهايو ، وجامعة كاليفورنيا في بيركلي، وجامعة رايس، والمركز الوطني لأبحاث الغلاف الجوي . ويقودها المركز الوطني لتطبيقات الحوسبة الفائقة التابع لجامعة إلينوي . أنهت XSEDE عملياتها الرسمية كمشروع ممول من المؤسسة الوطنية للعلوم (NSF) في 31 أغسطس 2022. وتُدار خدمات مماثلة الآن من خلال برنامج NSF اللاحق، وهو برنامج تنسيق البنية التحتية السيبرانية المتقدمة: الخدمات والدعم، أو ACCESS.

مشروع البنية التحتية السيبرانية البحثية لنظام جامعة تكساس (UTRC) هو مبادرة تتيح للباحثين في جميع مؤسسات نظام جامعة تكساس الخمس عشرة الوصول إلى بنية تحتية بحثية حاسوبية متقدمة. وكجزء من مشروع UTRC، يتمتع باحثو نظام جامعة تكساس بإمكانية وصول فريدة إلى موارد مركز تكساس للحوسبة المتقدمة (TACC)، بما في ذلك نظام لونستار التابع للمركز، وهو مورد وطني لمنصة XSEDE، ونظام كورال، وهو نظام تخزين عالي الأداء لجميع أنواع البيانات الرقمية.

مشروع iPlant التعاوني هو مشروع ممول من المؤسسة الوطنية للعلوم (NSF) بقيمة 50 مليون دولار أمريكي (مُنح عام 2008)، ويمتد لخمس سنوات، ويستخدم حلولًا جديدة في علوم الحوسبة والبنية التحتية الإلكترونية لمواجهة التحديات في علوم النبات. يدمج iPlant تخزينًا عالي الأداء بسعة بيتا، وإدارة هوية موحدة، ومحاكاة افتراضية عند الطلب، وحوسبة موزعة عبر مواقع XSEDE، وذلك من خلال مجموعة من واجهات برمجة تطبيقات REST. تُشكل هذه العناصر الأساس لتقديم عملاء ويب غنيين وقابلين للتوسيع من قِبل المجتمع العلمي، مما يُمكّن مجتمع علوم النبات من إجراء تحليلات معلوماتية حيوية متطورة عبر مجموعة متنوعة من المجالات المفاهيمية. في سبتمبر 2013، أُعلن عن تجديد المؤسسة الوطنية للعلوم تمويل iPlant لفترة ثانية مدتها خمس سنوات، مع توسيع نطاق المشروع ليشمل جميع أبحاث علوم الحياة غير البشرية.

يُتيح برنامج شركاء العلوم والتكنولوجيا للأبحاث فرصًا للشركات لتعزيز فعاليتها من خلال الاستفادة من تقنيات الحوسبة في مركز تكساس للحوسبة المتقدمة (TACC). وتشمل قائمة شركاء البرنامج الحاليين شركات كبرى مثل بي بي، وشيفرون، وديل، وغرين ريفولوشن كولينغ، وإنتل، وتكنيب.

مستودع مستدام ومفتوح وسهل الاستخدام ينظم الصور والقياسات التجريبية ذات الصلة بالمواد المسامية المتنوعة، ويحسن الوصول إلى نتائج تحليل الوسائط المسامية لمجتمع أوسع من باحثي علوم الأرض والهندسة الذين ليسوا بالضرورة مدربين في علوم الكمبيوتر أو تحليل البيانات، ويعزز الإنتاجية والبحث العلمي والقرارات الهندسية القائمة على أساس البيانات.

كان نظام ستامبيد أحد أقوى الأنظمة الحاسوبية في العالم لأبحاث العلوم المفتوحة . بتمويل من منحة المؤسسة الوطنية للعلوم (ACI-1134872) وبالشراكة مع إنتل وديل وميلانوكس، تم تشغيل ستامبيد في سبتمبر 2012، وبدأ العمل به في 7 يناير 2013. تألف ستامبيد من 6400 عقدة، و102400 نواة معالجة مركزية، وذاكرة إجمالية 205 تيرابايت، وسعة تخزين إجمالية 14 بيتابايت، وسعة تخزين محلية 1.6 بيتابايت. تألف الجزء الأكبر من المجموعة من 160 رفًا من عقد الحوسبة الأساسية، كل منها مزود بمعالجين من نوع Xeon E5-2680 ثماني النواة، ومعالج مساعد Xeon Phi ، وذاكرة وصول عشوائي سعتها 32 جيجابايت. ^{[ 1 ]} احتوت المجموعة أيضًا على 16 عقدة، كل منها مزودة بـ 32 نواة وسعة تخزين 1 تيرابايت، و128 عقدة حسابية "قياسية" مزودة بوحدات معالجة رسومية Nvidia Kepler K20، بالإضافة إلى عقد أخرى للإدخال/الإخراج (إلى نظام ملفات Lustre )، وتسجيل الدخول، وإدارة المجموعة. ^{[ 2 ]} كان بإمكان Stampede إنجاز 9.6 كوادريليون عملية حسابية للفاصلة العائمة في الثانية.

صُنّف نموذج أولي من حاسوب Stampede ^{[ 3 ]} كسابع أسرع حاسوب عملاق في قائمة Top500 لشهر نوفمبر 2012، بأداء بلغ 2660 تيرافلوب. ولأن النظام كان لا يزال قيد التجميع، فقد أُجري الاختبار المعياري باستخدام 1875 عقدة مزودة بمعالجات Xeon Phi المساعدة، و3900 عقدة بدونها. ^{[ 4 ]} أما في قائمة Top500 لشهر يونيو 2013، فقد أُعيد الاختبار المعياري باستخدام 6006 عقدة (جميعها مزودة بمعالجات Xeon Phi المساعدة)، محققًا أداءً بلغ 5168 تيرافلوب، ما رفع النظام إلى المركز السادس. ولم يُعاد الاختبار المعياري في قائمة Top500 لشهر نوفمبر 2013، فتراجع Stampede إلى المركز السابع.

في عامها الأول من الإنتاج، أنجزت ستامبيد 2,196,848 مهمة بواسطة 3,400 باحث، حيث قامت بأكثر من 75,000 عام من الحسابات العلمية.

في عام 2019، وبعد إيقاف تشغيل نظام ستامبيد، استحوذ الاحتياطي الفيدرالي الأمريكي على جزء كبير منه، وأداره كمجموعة حاسوبية تُسمى بيغ تكس، تُستخدم في التحليلات المالية واسعة النطاق. ^{[ 5 ]} كما أُعيد توظيف جزء كبير آخر من ستامبيد في ستامبيد 2، النظام الذي خلف ستامبيد، والذي يستخدم معالجات زيون فاي "نايتس لاندينغ" القابلة للاستبدال، بدلاً من بطاقات PCIe "نايتس كورنر" الإضافية التي كان ستامبيد يعتمد عليها. ^{[ 6 ]}

يجمع نظام مافريك، أحدث إضافة إلى مجموعة أنظمة الحوسبة المتقدمة لدى مركز تكساس للحوسبة المتقدمة (TACC)، بين قدرات التصور التفاعلي المتقدم وتحليلات البيانات واسعة النطاق، بالإضافة إلى الحوسبة التقليدية عالية الأداء. وقد استدعت الزيادة الهائلة الأخيرة في حجم وكمية مجموعات البيانات الرقمية الحاجة إلى أنظمة جديدة مثل مافريك، القادرة على نقل البيانات بسرعة وإجراء تحليلات إحصائية متقدمة. ويُقدّم مافريك لأول مرة وحدة معالجة الرسومات الجديدة NVIDIA K40 للتصور عن بُعد والحوسبة باستخدام وحدة معالجة الرسومات للمجتمع الوطني.

التصور:

• 132 وحدة معالجة رسومية من نوع NVIDIA Tesla K40
• برامج العرض المرئي عن بُعد التي طورتها TACC: ScoreVIS وDisplayCluster وGLuRay وغيرها
• مجموعة برامج التصور: Paraview، وVisIT، وEnSight، وAmira، وغيرها

بيانات:

• 132 عقدة ذاكرة سعة 1/4 تيرابايت
• متصل بنظام ملفات 20 بيتابايت
• وصلة Mellanox FDR InfiniBand
• يتضمن البرنامج الشامل: MATLAB و Parallel R والمزيد

لونستار، وهو مورد قوي ومتعدد الاستخدامات للبنية التحتية السيبرانية للحوسبة عالية الأداء والتصور عن بعد، هو اسم سلسلة من أنظمة مجموعات الحوسبة عالية الأداء في مركز تكساس للحوسبة المتقدمة (TACC).

قامت شركة ديل ببناء أول نظام لونستار، وقامت شركة كراي بدمجه ، باستخدام خوادم ديل باور إيدج 1750 ووصلات مايرنت ، وبلغت ذروة أدائه 3672 جيجا فلوبس . وفي عام 2004، أدى تحديث النظام إلى زيادة عدد المعالجات إلى 1024، ورفع ذروة الأداء إلى 6338 جيجا فلوبس. أما النسخة الثانية (لونستار 2) فقد تم نشرها في عام 2006 باستخدام خوادم ديل باور إيدج 1855 وتقنية إنفينيباند (1300 معالج، 2000 جيجابايت من الذاكرة، وذروة أداء 8320 جيجا فلوبس). وفي وقت لاحق من ذلك العام، تم بناء النسخة الثالثة من المجموعة باستخدام خوادم ديل باور إيدج 1955، وتألفت من 5200 معالج وذاكرة بسعة 10.4 تيرابايت. دخل جهاز Lonestar 3 قائمة Top500 في نوفمبر 2006 باعتباره ثاني عشر أسرع حاسوب عملاق، حيث بلغت ذروة سرعته 55.5 تيرافلوب. ^{[ 7 ]}

في أبريل 2011، أعلن مركز تكساس للحوسبة المتقدمة (TACC) عن ترقية جديدة لمجموعة حواسيب لونستار. حلت مجموعة لونستار 4، التي بلغت تكلفتها 12 مليون دولار، محل سابقتها بـ 1888 خادمًا من طراز Dell M610 PowerEdge، يحتوي كل منها على معالجين من نوع Intel Xeon 5600 سداسيين النواة (بإجمالي 22656 نواة). وتشمل سعة تخزين النظام نظام ملفات Lustre متوازيًا (SCRATCH) بسعة 1000 تيرابايت، و276 تيرابايت من مساحة القرص المخصصة لعقد الحوسبة المحلية (146 جيجابايت لكل عقدة). كما توفر لونستار إمكانية الوصول إلى خمس عقد ذات ذاكرة كبيرة (1 تيرابايت)، وثماني عقد تحتوي على وحدتي معالجة رسومية من NVIDIA، مما يتيح للمستخدمين الوصول إلى إمكانيات الحوسبة عالية الإنتاجية والتصور عن بُعد على التوالي. دخلت لونستار 4 ^{[ 8 ]} قائمة أفضل 500 حاسوب فائق في يونيو 2011، محتلةً المرتبة 28 كأسرع حاسوب فائق، حيث بلغت ذروة أدائها 301.8 تيرافلوب.

تم إدراج تصنيفات Top500 لمختلف إصدارات مجموعة Lonestar في مشاركات TACC إلى Top500. ^{[ 9 ]}

يُعدّ نظام التخزين طويل الأمد "رانش" من أوراكل ستورج تيك حلاً متكاملاً لتخزين البيانات الضخمة على المدى الطويل . يستخدم "رانش" نظام ملفات إدارة أرشفة التخزين من أوراكل (SAM-FS) لنقل الملفات من وإلى نظام أرشفة أشرطة بسعة تخزين حالية تبلغ 40  بيتابايت. يعتمد نظام التخزين المؤقت للأقراص في "رانش" على مصفوفات أقراص من أوراكل صن ST6540 وDataDirect Networks 9550، تحتوي على ما يقارب 110  تيرابايت من سعة التخزين القابلة للاستخدام على الأقراص الدوارة. يتم التحكم في هذه المصفوفات بواسطة خادم بيانات تعريف SAM-FS من أوراكل صن x4600، والذي يضم 16 وحدة معالجة مركزية و32  جيجابايت من ذاكرة الوصول العشوائي.

تم نشر نظام كورال في أبريل 2009 من قبل مركز تكساس للحوسبة المتقدمة لدعم العلوم القائمة على البيانات في جامعة تكساس، ويتألف من 6 بيتابايت من مساحة التخزين المتصلة بالإنترنت وعدد من الخوادم التي توفر تخزينًا عالي الأداء لجميع أنواع البيانات الرقمية. وهو يدعم قواعد بيانات MySQL وPostgres، ونظام ملفات متوازي عالي الأداء، والوصول عبر الإنترنت، وبروتوكولات شبكية أخرى لتخزين البيانات واسترجاعها من وإلى الأجهزة المتطورة، ومحاكاة الحوسبة عالية الأداء، ومختبرات التصور.

يُعدّ مختبر التصور البصري التابع لمركز تكساس للحوسبة المتقدمة (TACC)، والواقع في مبنى POB 2.404a، مفتوحًا لجميع أعضاء هيئة التدريس والطلاب والموظفين في جامعة تكساس، بالإضافة إلى مستخدمي أنظمة الجامعة. يضم المختبر شاشة "ستاليون"، وهي واحدة من أعلى شاشات العرض المُجزأة دقةً في العالم (انظر أدناه)؛ وشاشة "لاسو"، وهي شاشة عرض تعاونية متعددة اللمس بدقة 12.4 ميجابكسل؛ وجهاز عرض علوي "برونكو" من سوني رباعي الأبعاد SRX-S105 مع شاشة مسطحة توفر للمستخدمين شاشة عرض بمقاس 20  قدمًا × 11  قدمًا وبدقة 4096 × 2160 بكسل، مدعومة بمحطة عمل ديل متطورة، وهي مثالية للعروض المرئية والعروض التقديمية فائقة الدقة؛ وأربعة أنظمة "هورسشوز" المتطورة من ديل بريسيجن، والمجهزة بمعالجات إنتل متعددة النوى وتقنية رسومات إنفيديا لاستخدامها في إنتاج الرسومات والتصور البصري وتحرير الفيديو. غرفة "سادل" للمؤتمرات والاجتماعات الصغيرة مجهزة بأحدث تقنيات الصوت والفيديو التجارية لتمكين عقد مؤتمرات الفيديو عالية الدقة (Full HD). أما شاشتا "موستانج" و"سيلفر" فهما شاشتا عرض مجسمة مزودتان بأحدث التقنيات، حيث تستخدمان  أنماط إخراج ستيريو بتردد 240 هرتز من سامسونج مع لوحة عرض LED مقاس 55 بوصة، ويمكن استخدامهما لعرض العمق الناتج عن اختلاف المنظر الناتج عن تقنيات العرض المجسم النشطة والسلبية. كما تدعم تقنيات شبكات Mellanox FDR InfiniBand لربط هذه الأنظمة بسرعات أعلى. ويعمل مختبر Vislab أيضًا كمركز أبحاث للتفاعل بين الإنسان والحاسوب، وتطوير برامج العرض المجزأ، والاستشارات في مجال التصور المرئي.

يُعدّ نظام Stallion نظام عرض مُجزّأ بدقة 328 ميجابكسل، أي ما يزيد عن 150 ضعف دقة شاشة العرض عالية الوضوح القياسية، وهو من بين أعلى شاشات العرض كثافةً في العالم. يُمكّن هذا النظام المستخدمين من عرض صور عالية الدقة على شاشة عرض كبيرة مُجزّأة بنسبة 16×5 من شاشات Dell مقاس 30 بوصة. يتيح هذا التكوين استكشاف الصور بمستوى عالٍ للغاية من التفاصيل والجودة مقارنةً بأجهزة العرض التقليدية ذات كثافة البكسل المتوسطة. كما يتيح النظام للمستخدمين الوصول إلى أكثر من 82  جيجابايت من ذاكرة الرسومات، و240 نواة معالجة. يُمكّن هذا التكوين من معالجة مجموعات بيانات ضخمة، وعرض الأشكال الهندسية الكبيرة بشكل تفاعلي.  ويتوفر نظام ملفات مشترك بسعة 36 تيرابايت لتخزين مجموعات بيانات بحجم تيرا.