پردازش موازی امروزه یکی از بهترین روش ها  برای استفاده بهینه از منابع و انجام محاسبات پیچیده می باشد. رایانش سریع و محاسبات پیشرفته به هرگونه انجام محاسبات اتلاق می شود که برای هدف خود به بیش از یک کامپیوتر نیازمند باشد و یا به عبارتی بطور همزمان از چندین کامپیوتر استفاده کند.ابر کامپیوتر ها و خوشه های کامپیوتری برای حل انبوهی از معادلات پیچیده بکار گرفته می شوند.

مزاياي سيستم‌هاي ابررايانه را كه عامل اصلي رشد سريع آنها نيز مي‌باشد مي‌توان به شرح زير ليست نمود:

* نسبت هزينه به‌كارايي بسيار پايين
* سخت‌افزار و نرم‌افزار ارزان و در دسترس
* تعمير و نگهداري ساده
* قابليت توسعة سيستم متناسب با افزايش نياز
* امكان به‌روزرساني سيستم
* زمان بالاي در اختيار بودن و سرويس‌دهي سيستم
* کاهش زمان اجرا در شبيه سازي ها و حل مسايل کاربردي
* گسترش دامنه تحقيقات
* امکان حل مسايل بزرگتر و پيچيده تر

کاربرد های اصلی رایانش سریع عبارتند از:

*  تحلیل و نگهداری داده ها
*  شبیه سازی
*  مدل سازی
*  توسعه نرم افزارها
*  مشاهده انبوه داده های به هم وابسته
*  محاسبات سریع ریاضی.

HPC برای منظور های زیر بکار گرفته می شود:

*  توسعه محصولات و ظراحی مجدد آنها
*  بهینه سازی تولید و فرآیند های آن
*  تحلیل یا توسعه انبوه داده ها
*  هدایت پروژه های تحقیقاتی گسترده
*  ذخیره سازی حجم های بسیار زیاد داده برای تحلیل های بعدی
*  برآیند سازی مصرف تولیدات ، جستجو و الگو سازی
*  تصویر سازی های کامپیوتری برای توضیح نتایج تحقیقاتی
*  شبیه سازی و مدلسازی فرآیند های پیچیده.

علم محاسبات همراه با منابع محاسباتی و فناوری HPC سه رکن اصلی برای همانند سازی تئوری ها و نظریه ها با نتایج آزمایشات عملی می باشند. HPC قادر است با حجم بسیار عظیم داده ها کار کرده و با سرعت بسیار زیاد نتایج را تحلیل کند. این کار با استفاده از کامپیوتر های معمولی چندین ماه می تواند بطول بیانجامد در حالی که با استفاده از کامپیوتر های HPC تنها در چند دقیقه یا ساعت قابل انجام است. بایستی توجه کرد که در بسیاری از موارد کامپیوترهای معمولی اصولاً برای انجام این قبیل محاسبات نا توان هستند.

استفاده از HPC باعث صرفه جویی در هزینه و زمان می شود و این امکان را فراهم می سازد تا بدون استفاده از نمونه های ساخته شده آنچه را که می تواند در واقعیت اتفاق بیافتد را شبیه سازی کند و ببیند، تجزیه و تحلیل کند، نقاط ضعف و قوت را بسنجد، عیوب و اشتباهات را تصحیح کند، دو باره طراحی کرده و نتیجه کار را نیز ببیند. این یک واقعیت مجازی (Virtual Reality) است که همه بضاعت علمی انسان امروز را در قالب یک نرم افزار که آنهم خود ابداع انسان است جمع آوری می کند. این نرم افزار ها با میلیون ها و حتی میلیارد ها محاسبه که بر روی داده ها انجام می دهند و همه نتایج اولیه را مجدداً و میلیون ها بار مورد تجزیه و تحلیل قرار می دهند قادر هستند تا یک نتیجه نهایی را به عنوان خروجی در اختیار ما قرار دهند. مسلماً این همه عملیات محاسباتی خارج از قدرت ذهن انسان است اما راه حل وجوددارد و آن هم سیستم های پیشرفته کامپیوتری، ابر کامپیوتر ها (Super Computers) یا همان سیستم های مبتنی بر پردازش داده موازی HPC است.

برخی از مثال های متنوع قابلیت های HPC عبارت است از دینامیک سیالات محاسباتی، عملیات نفتی، شبیه سازی تست تصادف خودرو، دینامیک جریان هوا بر روی بال هواپیما، ذخیره سازی اطلاعات، انیمیشن های گرافیکی، تصویر سازی و مدل سازی بازسازی چهره.

در زمينه هاي فيزيک، شيمي، کوانتوم و الکترومغناطيس نرم‌افزارهاي کاربردي متنوعي وجود دارند كه به علت سنگين بودن محاسبات، نياز به پردازش موازي را احساس کرده اند. همين امر سبب گرديده است که شرکت هاي ارائه دهنده نرم افزار در زمينه هاي ذکر شده اقدام به توليد نسخه موازي براي برنامه هاي کاربردي خود نمايند، تا بتوانند جوابگوي نياز پردازشي کاربران خود باشند.

پاره اي از خدماتي که امکان ارائه آنها وجود دارد به شرح زير مي باشد:

* ارائه راهکار قدرتمند و سريع براي محاسبات فيزيک، شيمي، کوانتوم و الکترومغناطيس
* کاهش زمان اجراي برنامه هاي کاربردي نظير (Gaussian, GAMESS, Quantum Espresso)
* امکان افزايش تعداد تکرارها
* کاهش زمان اجراي هر تکرار
* گسترش دامنه مسايل
* توانايي اجراي مختلف همزمان

برخی از صنایع که نیاز به HPC دارند شامل موارد زیر میشوند :

* مکانيک سيالات CFD
* هواشناسي(پيش‌بيني وضع هوا)
* داروسازي و پزشكي
* فيزيك هسته‌اي
* شيمي و محاسبات ملكولي
* سيستم‌هاي بلادرنگ(مثل شبيه‌سازي بلادرنگ شبكه‌هاي سراسري برق)
* رياضيات كاربردي(مانند حل معادلات پيچيده و سنگين)
* زمين‌شناسي و پيش‌بيني زلزله(مسائل مربوط به كشف چاه‌هاي نفت و گاز)
* پليمر و پتروشيمي(ساخت مواد استراتژيك جديد)
* مكانيك و رباتيك
* هوش مصنوعي
* مهندسي پزشكي

ليست نرم افزارهاي کاربردي در زمينه هاي فيزيک، شيمي، کوانتوم و الکترومغناطيس با قابليت اجراي سريع در ادامه آورده مي شود:

* Gaussian
* GAMESS
* Firefly
* Quantum Espresso
* NWChem
* Material Studio
* Monte Carlo
* XFdtd

مکانيک سيالات CFD - Computational Fluid Dynamics

تعداد زيادي از نرم افزارهاي كاربردي معروف دراين زمينه قابليت موازي سازي را دارند، به همين دليل به جرات مي توان به اين نکته اشاره کرد که بيشترين کاربرد سيستم هاي پردازش سريع در زمينه محاسبات ميکانيک سيالات مي‌باشند.
امکانات ويژه اي براي سيستم هاي مورد نياز جهت محاسبات مکانيک سيالات فراهم آورده شده است که مي تواند راهگشاي مراکز تحقيقاتي، دانشگاهي و صنعتي مرتبط باشد. پاره اي از خدماتي که امکان ارائه آنها وجود دارد به شرح زير مي باشد:

* ارائه راهکار قدرتمند و سريع براي محاسبات ديناميک سيالات (CFD)
* کاهش زمان اجراي برنامه هاي کاربردي نظير (Fluent, STAR-CD, OpenFoam)
* امکان افزايش تعداد تکرارها
* کاهش زمان اجراي هر تکرار
* گسترش Grid مسايل CFD
* توانايي اجراي مختلف همزمان

ليست نرم افزارهاي کاربردي زمينه CFD شامل موارد زیر می شود:

•    FLUENT
•    STAR-CD
•    GT-SUITE
•    CFX
•    OpenFOAM
•    CFD++
•    MoldFlow
•    Gerris
•    AcuSolve
•    CFL3D
•    Fire
•    Flow3D
•    Flowvision
•    GASP
•    Gridpro
•    KIVA
•    NEWT
•    Overflow-D
•    Pointwise
•    PowerFlow
•    TECPLOT
•    TGrid
•    Vectis

نفت و گاز

اکتشاف و توليد هيدروکربن‌ها همانند ساير بخش‌هاي صنعت، در محيطي بسيار پرچالش پيش مي‌رود. چالش‌هاي جديد شامل ريسک بالا، عمليات پيچيده و منابع رو به کاهش مي‌باشد. کليد مقابله با چالش‌هاي محيطي کنوني، اجراي عمليات پيچيده و سريع است. در چنين محيط رو به رشد و در فضايي اقتصادي و سياسي، تنها خلاق بودن کافي به نظر نمي‌رسد. علاوه بر آن بايد سريع عمل کرد.

در زمينه هاي منابع زير زميني نظير نفت و گازنرم‌افزارهاي کاربردي متنوعي وجود دارند كه به علت سنگين بودن محاسبات،نياز به پردازش موازي را احساس کرده اند. همين امر سبب گرديده است که شرکت هاي ارائه دهنده نرم افزار در زمينه هاي ذکر شده اقدام به توليد نسخه موازي براي برنامه هاي کاربردي خود نمايند، تا بتوانند جوابگوي نياز پردازشي کاربران خود باشند. اما نکته اينجاست که اجراي موازي اين نرم افزارها نيازمند بستر پردازشي موازي است که به گونه اي هوشمندانه مديريت شده و يکپارچه سازي شده باشد.

 پاره اي از خدماتي که امکان ارائه آنها وجود دارد به شرح زير مي باشد:

* ارائه راهکار قدرتمند و سريع براي اکتشاف مخازن،استخراج،مدل‌سازي اقتصادي و شيمي مولکولي
* کاهش زمان اجراي برنامه هاي کاربردي نظير (Eclipse, HYSYS, GEM)
* امکان حل معادلات پيچيده مدل حالت شبيه‌سازي مخازن
* امکان شبيه‌سازي انواع مختلف تركيبات پيچيده نفت
* کاهش زمان اجراي شبيه سازي ها
*  گسترش دامنه مسايل
* توانايي اجراي مختلف همزمان