کنسول ها در پی اسرار جهان؛ ابرکامپیوترهایی که با پلی‌استیشن ساخته شدند

وقتی به مقر دانشگاه ماساچوست در دارتماوث سر بزنید، چند دوجین پلی استیشن 3 را خواهید دید که درون محفظه‌ای خنک قرار گرفته‌اند، انرژی فراوان مصرف می‌کنند و در حال سر در آوردن از اسرار کیهان هستند. برای دانشجویان تازه وارد و تورهای مختلف، این بخش از دانشگاه از جذابیت بسیاری برخوردار است و ضمناً میراثی برای یکی از عجیب‌ترین فصل‌های تاریخ پلی استیشن به حساب می‌آید.

آن جعبه‌های مربعی شکلی که درون محفظه قرار گرفته‌اند، در زمانی نه چندان دور کنسول‌هایی برای بازی بوده‌اند که اکنون به ابرکامپیوتری برای محققان تبدیل شده‌اند. با متصل کردن مجموعه‌ای از دستگاه‌های مختلف به یکدیگر، محققان ناگهان قادر به محاسبه فیزیک سیاهچاله‌ها، پردازش تصاویر پهپادها و حتی برنده شدن در مسابقات رمزنگاری بودند.

تنها چند سال طول کشید تا صنعت تکنولوژی از این برهه عبور کرده و به کامپیوترهایی کوچک‌تر و بهینه‌تر دست پیدا کند. اما برای لحظه‌ای کوتاه در تاریخ، برخی از قدرتمندترین کامپیوترهای جهان با استفاده از کدنویسی، سیم‌کشی و کنسول‌های گیمینگ ساخته می‌شدند.

محققان برای مدت‌های طولانی به این ایده فکر می‌کردند که با استفاده از پردازشگرهای گرافیکی می‌توان توان پردازشی را برای محاسبات کلان بالا برد. ایده کلی این بود که با همان سخت‌افزاری که رندر بازی حیرت‌انگیز Shadow of the Colossus را میسر کرده بود، می‌شد محاسبات عظیم نیز کرد - فقط اگر این ماشین‌ها به شکل صحیح دستکاری می‌شدند.

به این کار پردازش خوشه‌ای گفته می‌شود و مسئله‌ای نبوده که فقط به پلی‌ استیشن محدود باشد؛ بسیاری از محققان در تلاش بوده‌اند که مجموعه‌ای از کامپیوترها را به کار تیمی وا دارند و با استفاده از مجموع توان پردازشی آن‌ها، مسائل پیچیده را حل کنند.

کنسول‌های بازی در سال ۲۰۰۲ میلادی وارد صحنه ابرکامپیوترها شدند. به صورت دقیق‌تر،‌ زمانی که سونی کیتی به نام «لینوکس برای پلی استیشن 2» منتشر کرد. کریگ استفن در این‌باره می‌گوید: «با این کار، پلی استیشن 2 دسترسی‌پذیر شد. آن‌ها یک پل ساختند. بنابراین می‌توانستید کدی بنویسید که کار می‌کرد».

استفن در حال حاضر محققی ارشد در مرکز ملی ابرکامپیوترهای آمریکا (NCSA) است. در سال ۲۰۰۲ میلادی، او تازه به این گروه پیوسته بود و مشغول کار روی پروژه‌ای بود که از او می‌خواست چندین پلی استیشن 2 تهیه کرده و با استفاده از کیت لینوکس، آن‌ها را به یکدیگر متصل کند تا نتیجه نهایی، چیزی شبیه به یک ابرکامپیوتر باشد.

ابر کامپیوتر مبتنی بر پلی استیشن 2، «عملکرد خوبی داشت، اما نه خارق‌العاده»

آن‌ها بین ۶۰ الی ۷۰ پلی استیشن 2 را به یکدیگر متصل کردند، مقداری کد نوشتند و یک کتابخانه ساختند. استفن درباره محصول نهایی می‌گوید: «عملکرد خوبی داشت، اما نه خارق‌العاده». در واقع مشکلاتی فنی با حافظه به وجود آمد و دو باگ خاص وجود داشت که برطرف‌سازی‌شان در توان تیم او نبود. «هربار که چیزی خاص را اجرا می‌کردید، باعث می‌شد کرنل هر دستگاهی که در حال استفاده از آن بودید وارد وضعیتی ناپایدار شود و نیاز به ریبوت داشته باشد، که ناامیدکننده بود.»

آن‌ها خیلی زود پروژه را متوقف کردند و به سراغ سوالات دیگری رفتند که برای NCSA مطرح بود. استفن اما هنوز یکی از آن پلی استیشن 2 های قدیمی را روی میز خود نگه می‌دارد تا یادمانی برای آن پروژه باشد.

اما ماجراجویی‌های پلی استیشن در زمینه ابرکامپیوترها در این نقطه به پایان نرسید. پلی استیشن 3 اواخر سال ۲۰۱۶ عرضه شد و هم سخت‌افزار بسیار قدرتمندی داشت و هم بارگذاری لینوکس رویش راحت‌تر بود. محققان هنوز نیازمند متصل کردن این سیستم‌ها به یکدیگر بودند اما ناگهان اتفاقی مهم افتاد. به جای اینکه پروتوتایپی برای اثبات مفهوم ساخته شود، محققان دریافتند که امکان متصل کردن این دیوایس‌ها به یکدیگر و ساخت دستگاهی که بازی را تغییر می‌دهد وجود دارد.

این چیزی بود که گوراف خانا، محقق حوزه سیاه‌چاله‌ها در دانشگاه ماساچوست به آن فکر می‌کرد. او می‌گوید: «انجام کار شبیه‌سازی سیاهچاله‌ها چیزی نیست که معمولاً سرمایه‌گذاران را به خود ترغیب کند، عمدتا به این خاطر که ارتباط چندانی با جامعه ندارد».

بودجه محدود بود و روز به روز محدودتر می‌شد. بنابراین خانا و همکارانش به دنبال راه حلی برای مشکل می‌گشتند. یکی از اعضای دپارتمان او گیمری حرفه‌ای بود و به پردازنده Cell که توسط IBM ساخته و در پلی استیشن 3 استفاده شده بود اشاره کرد. در همان زمان، از نوعی چیپ مشابه برای ساخت ابرکامپیوترهای پیشرفته استفاده می‌شد. خانا می‌گوید: «بنابراین یک‌جورهایی نظرمان جلب شد. به این فکر می‌کردیم که آیا به خاطر علم، امکان سوء استفاده از این دستگاه‌ها وجود دارد؟»

با الهام‌گیری از مشخصات سخت‌افزاری کنسول جدید سونی، اخترشناسان شروع به خرید چندین پلی استیشن 3 و ساخت ابرکامپیوتر خودشان کردند. ماه‌ها طول کشید تا خانا قادر به کدنویسی صحیح باشد و بعد چند ماه دیگر تا برنامه به‌گونه‌ای تمیز شود که به درستی کار کند. کار با هشت کنسول شروع شد اما وقتی به پایان رسید، ابرکامپیوتر آن‌ها از ۱۷۶ کنسول تشکیل شده و برای آزمایش آماده بود. دیگر نیازی به پرداخت پول به هیچ محققی نبود تا شبیه‌سازی‌هایشان از سیاهچاله را برای آن‌ها اجرا کند. خیلی زود او می‌توانست مدل‌های کامپیوتری پیچیده را با هزینه‌ای به مراتب کمتر از ابرکامپیوترهای معمول به اجرا درآورد.

تقریباً در همان زمان، محققان دیگر هم ایده‌هایی مشابه داشتند. یک گروه در کارولینای شمالی، ابر کامپیوتر مبتنی بر پلی استیشن 3 خود را طی سال ۲۰۰۷ ساخت و چند سال بعد، آزمایشگاه تحقیقی نیروی هوایی آمریکایی پروژه‌ای مشابه تحت عنوان Condor Cluster را کلید زد که مارک بارنل، محقق کامپیوتری بر آن نظارت می‌کرد.

زمان‌بندی آن‌ها چندان عالی نبود. تیم بارنل پروژه را در سال ۲۰۰۹ آغاز کرد و این دقیقا همان زمانی بود که سونی تولید پلی استیشن 3 اسلیم را شروع کرد، کنسولی که برخلاف مدل ابتدایی دیگر قادر به اجرای لینوکس نبود. بعد از هک کنسول، سونی حتی پشتیبانی از OpenOS را هم با یک فرمور متوقف کرد: سیستمی که به مردم اجازه اجرای لینوکس را می‌داد. این باعث شد یافتن کنسول‌های کارآمد، حتی از قبل هم دشوارتر شود.

نیروی هوای آمریکایی باید سونی را متقاعد می‌کرد که پلی استیشن 3 های آپدیت‌نشده‌اش را به آن‌ها بفروشد؛ و این‌ها کنسول‌هایی بودند که از قفسه فروشگاه‌ها جمع‌آوری و به انباری در نزدیکی شیکاگو منتقل شده بودند. چندین جلسه برگزار شد و نیروی هوایی بالاخره آنچه می‌خواست را به دست آورد. به این ترتیب، پروژه آن‌ها در سال ۲۰۱۰ شروع به کار کرد.

Condor Cluster با اتصال بیش از ۱۷۰۰ پلی استیشن 3 به یکدیگر، سی و پنجمین ابرکامپیوتر قدرتمند جهان شد

Condor Cluster که ۱۷۰۰ دستگاه پلی استیشن 3 را با کابل‌هایی به طول ۵ مایل به یکدیگر متصل می‌کرد، ابرکامپیوتری عظیم بود که از آن برای پردازش تصاویر پهپادهای نظارتی استفاده می‌شد. در روزهای اوجش، Condor Cluster سی و پنجمین ابرکامپیوتر قدرتمند جهان بود.

اما هیچ یک از این جریانات برای مدتی طولانی به طول نینجامید. درحالی که این پروژه‌ها پیش می‌رفتند، ابرکامپیوترها با سرعت بالایی پیشرفت می‌کردند و قدرتمندتر می‌شدند. در همین حین، کنسول‌های بازی از قبل ساده‌تر می‌شدند و دیگر کارایی چندانی برای علوم نداشتند. کنسول پلی استیشن 4 به فروشی بالاتر از نخستین پلی استیشن و Wii دست یافت و فاصله چندانی با پلی استیشن 2 که پرفروش‌ترین کنسول بازی جهان است ندارد. اما برای محققان، پلی استیشن 4 به‌دردنخور بود. درست مانند ورژن باریک‌تر پلی استیشن 3، پلی استیشن 4 نمی‌تواند به چرخ‌دنده‌ای برای ابرکامپیوترها تبدیل شود. خانا می‌گوید: «پلی استیشن 4 هیچ نکته خاصی ندارد، صرفاً یک کامپیوتر قدیمی است. واقعاً ترغیب به انجام هیچ‌کاری با پلی استیشن 4 نشدیم».

دوران ابرکامپیوترهای مبتنی بر پلی استیشن تمام شده بود.

ابرکامپیوتر دانشگاه ماساچوست کماکان در محفظه مخصوص خود به حیات ادامه می‌دهد. این دستگاه البته حالا ابعادی کوچک‌تر از دوران اوج خود که متشکل از ۴۰۰ پلی استیشن 3 بود دارد. برخی از کنسول‌های متصل به آن برای کارهایی دیگر استفاده شدند و برخی دیگر در قالب ابرکامپیوترهایی کوچک‌تر در دیگر دانشگاه‌ها به کار خود ادامه می‌دهند. خانا هم حالا به سراغ متصل کردن دیوایس‌های کوچک‌تر و بهینه‌تر برای ساخت نسل بعدی ابرکامپیوترها رفته. او می‌گوید دیوایس‌های Nvidia Shield که اکنون از آن‌ها استفاده می‌کند، ۵۰ برابر بهینه‌تر از پلی استیشن 3 هستند.

ماجرا برای ابرکامپیوتر نیروی هوایی آمریکا اندکی غم‌انگیزتر است. وقتی این پروژه حدوداً ۴ سال پیش به پایان رسید، بسیاری از کنسول‌ها به پروژه‌های مشابه اهدا شدند، برخی فروخته شدند و بسیاری دیگر هم به دست افرادی رسیدند که روی سریال تلویزیونی Person of Interest کار می‌کردند. نسل سوم کنسول‌های سونی به این ترتیب راهش را به دنیای تلویزیون هم باز کرد و در فصل پنجم سریال مورد اشاره، شاهد ابرکامپیوتری بودیم که از پلی استیشن 3 ساخته شده بود.