Supercomputer In A Soda Can – The NanoCluster packs 100GB RAM in an Ultra-Compact Design

تطور الحواسيب العملاقة: من غرف ضخمة إلى أجهزة بحجم راحة اليد

في الماضي، كانت الحواسيب العملاقة تمثل أجهزة ضخمة بحجم غرفة كاملة. كانت تصدر همهمات مستمرة تحت أرضيات مبردة بالسائل، تُستخدم بشكل رئيسي لمعالجة بيانات زلزالية أو محاكاة فيزياء نووية معقدة. هذه الأجهزة كانت معقدة للغاية وتتطلب بنية تحتية ضخمة لدعمها.

مع مرور الزمن وتطور التكنولوجيا، شهدنا تحولًا جذريًا في حجم وقدرات هذه الحواسيب. اليوم، يمكن أن نجد أجهزة بحجم علبة مشروب غازي، مزودة بقوة معالجة تصل إلى 28 نواة ومع ذاكرة تزيد عن 100 جيجابايت. هذا التغيير يعكس التقدم الكبير في تصميم المعالجات والتقنيات المدمجة. كما أنه يسمح بتوفير قدرات حوسبية كبيرة في حيز صغير جدًا.

التصميم المودولي ونموذج Raspberry Pi

يعتمد هذا النوع من الأجهزة على مفهوم القوة المودولية. يُبنى الجهاز من وحدات متعددة مثل وحدات Raspberry Pi Compute Modules (CM4 أو CM5). هذه الوحدات تعتمد معمارية ARM وتُركب بشكل متكامل في إعداد مضغوط يمكن توسيعه بسهولة. يشبه إلى حد كبير لعبة LEGO في مرونته. هذا ما يسهل على مسؤولي الأنظمة التعامل معه وتخصيصه حسب الحاجة.

كل وحدة حوسبة مزودة بلوحة توصيل من نوع M.2. وهي لوحة ذات تصميم أنيق وبسيط، تحمل حتى 16 جيجابايت من الذاكرة و4 أنوية معالجة. وعند دمج سبع وحدات معًا، يمكن الحصول على أداء نظري يصل إلى 112 جيجافلوب. وفي الواقع، هذا مستوى أداء قد يتفوق على بعض الحواسيب الشخصية الحديثة مثل MacBook Air بمعالج M2 في بعض المهام التي تستفيد من المعالجة المتوازية.

إدارة الطاقة والتبريد: تحديات الأداء والكفاءة

يستهلك النظام الطاقة عبر طريقتين رئيسيتين. إما من خلال منفذ USB-C باستخدام شاحن GaN بقوة 65 واط، أو عبر تقنية تغذية الطاقة عبر الإيثرنت (PoE++) التي توفر حتى 60 واط. هذا التوزيع للطاقة مرتبط بشكل وثيق بنظام التبريد. لذلك، التوازن بين الأداء وحرارة الجهاز يشكل تحديًا فعليًا.

عند الضغط على المعالجات بشكل مكثف، مثل تشغيل اختبار الضغط stress-ng –matrix 0 على جميع الوحدات الست أو السبع، يبدأ النظام في الوصول إلى حدود ميزانية الطاقة المخصصة له. هذا الضغط الزائد يؤدي إلى تقليل الأداء (throttling) أو حتى إلى عدم استقرار بعض العقد. وفي هذه الحالة، ترتفع درجات الحرارة لتتجاوز 85 درجة مئوية، ويعمل المروحة بأقصى سرعة. يصاحبها صوت مرتفع يصل إلى حوالي 58 ديسيبل، ما يشبه صوت محرك نفاث. هذا يشير إلى أن النظام عملي ولكنه بعيد عن الهدوء التام.

مزايا التحكم الشبكي في النظام

أحد العناصر المميزة في هذا التصميم هو تضمين مفتاح شبكة RISC-V مُدار، مخفي تحت اللوحة الرئيسية. هذا المفتاح يوفر دعمًا لميزات شبكات متقدمة مثل شبكات VLAN، إمكانية تبديل المنافذ، والوصول إلى وحدة التحكم. واجهة المستخدم الحالية عالقة باللغة الصينية وتواجه بعض المشاكل عند التصفح عبر المتصفح. ومع ذلك، القدرة على التحكم الكامل بسلوك الشبكة للمجموعة من أي عقدة تُعتبر ميزة تقنية متقدمة.

يجدر بالذكر أن استهلاك الطاقة الإجمالي للنظام يتراوح بين 20 و70 واط حسب الحمل، ما يعكس توازنًا جيدًا بين الأداء والكفاءة الطاقية.

أداء الشبكة وتأثيره على المهام الموزعة

يمثل منفذ الرفع الفردي بسرعة 1 جيجابت في الثانية نقطة تقييد عند التعامل مع أحمال بيانات كثيفة. إذ يمكن أن يصبح عنق زجاجة في الأداء، مما يجعل تشغيل أنظمة تخزين موزعة مثل Ceph عبر هذه الشبكة تحديًا كبيرًا.

مع ذلك، تحظى كل عقدة داخل النظام بوصول كامل بسرعة جيجابت. وهو معدل كافٍ لتلبية احتياجات معظم توزيعات Kubernetes المخصصة للهواة، بالإضافة إلى أعباء العمل في مجالات الذكاء الاصطناعي الموزعة مثل نماذج Llama. يمكن أيضًا استخدام هذا الاتصال في عمليات التكامل المستمر والتسليم المستمر (CI/CD) باستخدام أدوات مثل distcc.

يُظهر النظام تحسنًا ملحوظًا في زمن أداء المهام المعقدة؛ فمثلاً، وقت تجميع نواة نظام التشغيل بالكامل ينخفض من 45 دقيقة إلى 22 دقيقة عند تشغيل أربع عقد بالتزامن. هذا يدل على فعالية التوازي في معالجة المهام داخل هذا التكوين.

التصميم والمرونة: منصة مخصصة لهواة التعديل والتجربة

تم تصميم اللوحة بشكل واضح لتلبية احتياجات هواة التجربة والتعديل. يظهر في كل مكون قرارٌ مدروس يركز على المرونة وقابلية التوسعة. تشمل هذه الميزات محولات M.2، ومنافذ USB-C، ودعم أقراص NVMe SSD، بالإضافة إلى نظام طاقة احتياطي ذكي يسمح بالتبديل بين تغذية الطاقة عبر PoE وUSB-C حسب متطلبات الحمل الفعلية.

ومع ذلك، لا يعد النظام جاهزًا للاستخدام الفوري بشكل plug-and-play. فستحتاج إلى تحميل صور نظام التشغيل يدويًا، وفهم حدود استهلاك الطاقة، وربما ضبط سكربت خاص بالتحكم في المروحة. إذ أن النظام لا يعمل بسلاسة كاملة من البداية.

لكن هذه التحديات تمثل جزءًا من جاذبية النظام؛ فهو يفتح المجال للتعلم والتجربة العملية، مما يجعله منصة مناسبة للمستخدمين الراغبين في التعمق وفهم تفاصيل الحوسبة الموزعة وأنظمة التحكم.

قيمة تعليمية في جهاز صغير الحجم وتكلفة منخفضة

يُقدم نظام نانوكلستر بسعر يتراوح بين 50 و150 دولارًا حسب التكوين. هذا ما يجعله خيارًا اقتصاديًا يفتح آفاقًا واسعة للتجربة العملية دون الحاجة لتحمل التكاليف الباهظة لأجهزة المؤسسات الكبرى.

ورغم أنه ليس مناسبًا للجميع، خاصة لأولئك الذين يشعرون بعدم الارتياح تجاه مهام تصحيح الأعطال التقنية مثل التعامل مع رؤوس UART أو قراءة الوثائق التقنية المعقدة، إلا أنه يمثل بيئة تعليمية مثالية للمطورين، والمعلمين، والهواة الذين يرغبون في استكشاف مفاهيم الحوسبة الموزعة.

لا يُتوقع أن يحل هذا الجهاز محل محطة العمل التقليدية، ولن يكون أداة لتعدين العملات الرقمية، أو لإنتاج رسوم متحركة عالية الجودة، أو لاستضافة قواعد بيانات ضخمة. إلا أن الغرض الأساسي منه هو التعلم والتجربة.

وفي عصر أصبح فيه بإمكاننا حمل نماذج لغوية كبيرة (LLMs) في أجهزتنا المحمولة بسهولة، يبدو اقتناء حاسوب عملاق صغير الحجم، بحجم علبة مشروب، للتجارب العملية خطوة منطقية ومناسبة للمستقبل في مجال الحوسبة.

تابع كل جديد في عالم المحتوى “المعماري” من مشاريع واتجاهات وأفكار جريئة عبر منصة ArchUp

ArchUp | Site

موضوعات ذات صلة

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *