آواتار را دیده‌اید؟ فیلمی که در سراسر جهان به صورت سه بعدی نمایش داده شد و بسیاری از فناوری‌های تصویری برای اولین بار در آن بکار رفت. آواتار یکی از قوی‌ترین پروژه‌های همکاری نرم‌افزار و سخت‌افزار است که نکات جالبی در پشت پرده آن وجود دارد. می‌دانید برای خلق این تصاویر چه تعداد پردازنده و چه مقدار رم بکار رفته؟ ….

سیستمی که برای تولید آواتار استفاده شده توانسته در نقطه اوج  388 هزار گیگافلاپ داده پردازش کند و یک سایت پردازشی را بخود اختصاص داده که در این مزرعه سرورها نزدیک به 35 هزار هسته پردازشی از پردازنده‌های زئون اینتل استفاده شده‌اند. این کارگاه توسط شرکت HP تجهیز شده و ساختاری که هیولت پاکارد در این سایت اجرا کرده از نوع کلاسترهای HP Cluster Platform 3000BL هستند.

وتا دیجیتال (Weta Digital) شرکتی است که وظیفه پردازش‌های کامپیوتری پروژه آواتار را بعده داشته است. این شرکت در حومه شهر ولینگتون در زنلاند نو قرار دارد و فعالیت استودیو آن از 15 سال پیش آغاز شده  ضمنا در کارنامه وتا دیجیتال پردازش تصویری فیلم‌هایی مثل ارباب حلقه‌ها و کینگ‌کونگ و برخی دیگر دیده می‌شود که تا کنون 5 جایزه اسکار را نصیب این شرکت کرده‌اند. برای ساخت پروژه 320 میلیون دلاری جیمز کامرون دیتا سنترها در زمینی به مساحت تقریبی هزار متر مربع جای گرفته اند. در این ساختمان بزرگ هسته اصلی پردازش‌ها درون 34 رک قرار گرفته که هر کدام شامل 4 شاسی هستند. درون هر یک از شاسی‌ها 32 دستگاه قرار دارد و حالا می‌توانید به عظمت این غول محاسباتی پی ببرید. غولی که در سایت اینترنتی 500 سوپر کامپیوتر برتر توانسته به رکورد 193 دست پیدا کند. این ساختمان عنوان بزرگترین کارگاه پردازشی را دارد.

نخستین قدم‌ها برای اجرای پروژه توسط دفتر HP در زنلاندنو و ارتباط مستقیم با دفتر اصلی در هوستون برداشته شد و محاسبات توان مورد نیاز برای این سوپر کامپیوتر به پایان رسید. در این مرحله برای خنک سازی سایت از سیستم خنک‌کننده‌های آبی استفاده شد که پس از تحقیقات مقدماتی به عنوان جایگزینی برای روش هواخنک در نظر گرفته شدند. رک‌ها و شاسی‌ها لوله کشی شدند و جریان آب گرم به سمت موتورخانه هدایت شد که مجهز به رادیاتورهای بزرگ برای دفع حرارت آب بود. محاسبات این مرحله علیرغم اینکه هنوز به بخش اجرای پردازش نرسیده از اهمیت زیادی برخوردار بود. تنها چند درصد اختلاف در راندمان و کارایی توان می‌توانست باعث شکست پروژه شود ضمن اینکه کوچکترین خطا برای کاهش دما با تاثیر مستقیم در توان سرورها باعث تاخیر قابل توجهی در زمان پایان پروژه می‌شد. وتا دیجیتال برای راه‌اندازی این کارگاه از IBM‌ نیز کمک گرفته است. این شرکت به دلیل صرفه‌جویی 40 درصدی در انرژی توانسته جوایزی در حوزه محیط زیست کسب کند ضمن اینکه ده‌ها هزار دلار صرفه‌جویی کرده است. این امتیاز بیشتر به دلیل جایگزینی سیستم خنک‌کننده آبی نصیب این شرکت شد زیرا مصرف برق بسیار پائین‌تری نسبت به ایجاد جریان هوا دارد.

سرورهایی که برای این پروژه استفاده شده‌اند از پردازنده‌های زئون اینتل از سری 54xx(لینک نسخه PDF) استفاده می‌کنند که دارای چهار هسته پردازشی است و بر اساس فناوری ساخت 45 نانومتر تولید شده است این پردازنده‌ها 50 وات مصرف توان دارند و دارای 12 مگابایت کش هستند. در هر سرور دو پردازنده از این نوع قرار گرفته است که هر کدام دارای فرکانس 2.5 گیگاهرتز هستند.  تعداد 34816 هسته پردازشی در این سوپرکامپیوتر تصاویر را پردازش کردند. توان هر یک از این پردانزده‌ها 10 گیگافلاپ در ثانیه است. هر یک از سرورها 24 گیگابایت رم دارد که با در نظر گرفتن هسته اصلی پردازش مجموع رم استفاده شده به 106 ترابایت می‌رسد. میزان هارد مورد استفاده در هر سرور ترکیبی از یک هارد 60 و یک هارد 120 گیگابایتی است. در ابتدا 1280 سرور مورد استفاده قرار گرفت و در مراحل بعدی این تعداد به 4352 دستگاه افزایش پیدا کرد. برای ارتباط سرورها با دیتاسنتر اصلی از لینک‌های 10 گیگابیتی استفاده شده و سیستم عامل مورد استفاده نیز نوعی لینوکس است. این مجموعه سخت‌افزاری برای ماه‌ها در طول 24 ساعت شبانه روز با حداکثر توان کار کرده است.

در ماه آخر اجرای این پروژه در هر ثانیه 8 گیگابایت دیتا مورد پردازش قرار گرفته است و جالب است بدانید حجم تنها یک دقیقه از نسخه نهایی این فیلم 17.28 گیگابایت بوده که برای مدت زمان 166 دقیقه‌ای فیلم به 2860 ترابایت می‌رسد. به این صورت که هر فریم از مجموع 24 فریم مورد استفاده در یک ثانیه از این فیلم شامل تصویری با حجم 12 مگابایت بوده است. آواتار از 240 هزار فریم تشکیل شده است.

در پردازش‌های این فیلم از رابط‌های RenderMan که توسط پیکسار تولید و توسعه پیدا کردند استفاده شده ضمن اینکه توضیحات انویدیا درمورد نحوه همکاری با این پروژه نیز قابل توجه است. از مهمترین بخش‌های این همکاری می‌توان به طراحی یک موتور پیش پردازشی برای ردیابی پرتوها به نام PantaRay اشاره کرد که برای کار با میلیاردها چند ضلعی در سکانس‌های پیچیده آواتار استفاده شده است. از این همکاری به عنوان نمونه‌ای از انقلاب تراشه‌های گرافیکی یاد می‌شود.

در این فیلم 10 هزار نفر بطور مستقیم مشارکت داشته‌اند و برآورد می‌شود این تعداد روزانه 1.4 میلیون وظیفه مختلف را انجام داده باشند.