Ευφυΐα αγοράς σε πραγματικό χρόνο, ανθρώπινη ανατομική μοντελοποίηση, προγνωστική βιομηχανική εξερεύνηση, διαστημική επιστήμη και πολλά άλλα ανθρώπινες αποστολές οδηγούν τον τρέχοντα κόσμο σε ένα αδιανόητο μέλλον, που οφείλεται σε μικρό βαθμό σε υπολογιστές υψηλής απόδοσης (HPC).
Παρά το γεγονός ότι απαιτούνται τεράστιοι πόροι, τα υπολογιστικά προγράμματα υψηλής απόδοσης συνεχίζουν να κυκλοφορούν, χάρη στην εφεύρεση υπερυπολογιστών και την ευρεία εφαρμογή του cloud computing. Αυτές οι τεχνολογίες κάνουν τη ζωή εύκολη, υποστηρίζοντας ασύλληπτη ταχεία επεξεργασία δεδομένων.
Ορισμένες εφαρμογές του HPC επανασχεδιάζουν τον τρόπο με τον οποίο η επιστήμη θα σας εξυπηρετήσει στο μέλλον. Αλλά πρώτα, τι είναι υπολογισμός υψηλής απόδοσης;
Τι είναι ο υπολογιστής υψηλής απόδοσης;
Ο υπολογισμός υψηλής απόδοσης αναφέρεται στην ικανότητα ενός συστήματος να επεξεργάζεται τεράστιο όγκο δεδομένων και να εκτελεί γρήγορα σύνθετα μοντέλα. Τα προγράμματα HPC, επομένως, απαιτούν τεράστια υπολογιστική ισχύ για την επεξεργασία terabytes, petabytes ή ακόμη και zettabytes δεδομένων σε πραγματικό χρόνο.
Έτσι, το HPC βασίζεται στην αρχή του υπολογισμού, της δικτύωσης και της αποθήκευσης δεδομένων.
Τούτου λεχθέντος, εδώ είναι μερικές αξιοσημείωτες εφαρμογές τεχνολογίας υψηλής απόδοσης που έχουν επηρεάσει τον κόσμο.
1. Προγνωστική καρδιαγγειακή υγεία
Χωρίς αμφιβολία, η καρδιακή ανεπάρκεια είναι απειλητική για τη ζωή. Και ίσως μία από τις προκλήσεις που αντιμετωπίζουν ενώ προσπαθούμε να κατανοήσουμε τους μηχανισμούς της είναι οι διαφορές στην ανατομική ανταπόκριση της καρδιάς σε διάφορες καταστάσεις. Κατά συνέπεια, καθίσταται δύσκολο να προβλεφθεί η συμπεριφορά του σε πραγματικό χρόνο.
Ευτυχώς, έρχονται κάποιες λύσεις που βασίζονται σε HPC.
Για παράδειγμα, IBM, μαζί με ένα αμυντικό εργαστήριο, προσομοίωσε ιστορικά τους ομοιοστατικούς μηχανισμούς της ανθρώπινης καρδιάς σε μοριακό επίπεδο χρησιμοποιώντας έναν από τους οι ταχύτεροι υπερυπολογιστές στον κόσμο, Sequoia, το 2012.
Αξιοποίησαν την υψηλή ταχύτητα υπολογισμού του Sequioa για να δημιουργήσουν ένα κλιμακούμενο μοντέλο που ονομάζεται "Cardioid" για να μιμηθεί και να ξαναχτίσει την ανθρώπινη καρδιά. Και σε αντίθεση με τα προηγούμενα προγράμματα που μπορούσαν να προσομοιώσουν μόνο δέκα παλμούς ή χαμηλότερα, το πρόγραμμα Cardioid θα μπορούσε να μιμηθεί χιλιάδες καρδιακούς παλμούς. Επιπλέον, ήταν 300 φορές πιο γρήγορος από τα περισσότερα μοντέλα.
Το έργο Cardioid της IBM δεν είναι το μόνο υπολογιστικό πρόγραμμα υψηλής απόδοσης που φέρνει επανάσταση στην καρδιακή υγεία, Dassault Systemes ' Το Living Heart Project είναι επίσης αξιοσημείωτο.
Έτσι, μπορείτε να περιμένετε να δείτε πρώτα φάρμακα και διάφορα σχήματα σε προσομοιωμένη καρδιά πριν χορηγηθείτε σε ανθρώπους. Αυτά τα προγράμματα HPC υπόσχονται επίσης τη βελτίωση των καρδιαγγειακών συσκευών και την τοποθέτηση οργάνων κατά τη διάρκεια χειρουργικών επεμβάσεων.
Το 2018, Η Google ανέπτυξε επίσης ένα μοντέλο βαθιάς εκμάθησης που προβλέπει τους κινδύνους καρδιαγγειακών παθήσεων χρησιμοποιώντας την όραση υπολογιστή από σαρωμένες εικόνες αμφιβληστροειδούς.
Η τεχνολογία λειτουργεί αξιολογώντας τα αιμοφόρα αγγεία των ματιών και στη συνέχεια χρησιμοποιώντας αυτό για να προβλέψει τη συστολική αρτηριακή πίεση και να εντοπίσει άλλους δείκτες κινδύνου.
Ένα τέτοιο πρόγραμμα βοηθά στην έγκαιρη ανίχνευση καρδιαγγειακών προβλημάτων, η οποία είναι το κλειδί για την πρόληψή τους.
Τούτου λεχθέντος, τα προσομοιωμένα μοντέλα AI ηλεκτροκαρδιογραφήματος (ΗΚΓ) αναδύονται επίσης για να βοηθήσουν την αποτελεσματική διάγνωση για άτομα με κοιλιακές ανωμαλίες. Κατά συνέπεια, ενώ οι χειρουργικές επεμβάσεις ανοιχτής καρδιάς γίνονται πιο επιτυχημένες, ο κόσμος παρασύρεται προς μια εποχή όπου οι ασθενείς και οι γιατροί είναι πιο σίγουροι για το αποτέλεσμα των καρδιοχειρουργικών επεμβάσεων από ποτέ.
Μια επιτυχημένη εφαρμογή καρδιαγγειακής μοντελοποίησης είναι η έκθεση από Υγεία του CNN της τρισδιάστατης προσομοίωσης της καρδιάς ενός 4χρονου κοριτσιού στο Νοσοκομείο Παίδων Nicklaus το 2015. Αυτό είναι εκπληκτικό, καθώς οι χειρουργοί μπόρεσαν να χειριστούν μια προσομοιωμένη έκδοση της καρδιάς του ασθενούς και να οραματιστούν τις καλύτερες λειτουργικές διαδικασίες πριν από την πραγματική χειρουργική επέμβαση.
2. Κατανόηση του ιικού γονιδιώματος
Παρόλο που το γονιδίωμα του ιού θα μπορούσε να αναλυθεί, η κατανόηση της επεμβατικής παθολογίας του σε πραγματικό χρόνο είναι δύσκολη καθώς μεταλλάσσεται. Αλλά χάρη στους υπολογιστές υψηλής απόδοσης, εξελίσσονται πρωτοποριακές προσομοιώσεις αυτών των μηχανισμών. Και βοηθά τους υπεύθυνους λήψης αποφάσεων.
Ένα πιο πρόσφατο παράδειγμα υπολογιστικής εφαρμογής υψηλής απόδοσης, σε αυτήν την περίπτωση, είναι Του CSIRO εξερεύνηση του πλήρους γονιδιώματος του COVID-19, το οποίο προσομοίωσαν σε έναν υπερυπολογιστή CSIRO στις αρχές του 2020.
Η ομάδα CSIRO Data61 προσομοίωσε με επιτυχία τον μηχανισμό δέσμευσης του COVID-19 στον ανθρώπινο υποδοχέα ACE2.
Ο COVID-19 είναι ένας ενεργός μεταλλασσόμενος ιός. Όμως, μια προσομοίωση του μηχανισμού δράσης της προχωρά πολύ για να βοηθήσει τους ερευνητές να κατανοήσουν τις περισσότερες εξελισσόμενες συμπεριφορές της. Μια τέτοια ανακάλυψη δεν βοηθά μόνο τους επιστήμονες να γνωρίζουν πού πρέπει να στοχεύει ένα εμβόλιο στο γονιδίωμα του ιού COVID-19. Αλλά είναι επίσης ένα πρότυπο για την ανάπτυξη ενός προγνωστικού μοτίβου συμπεριφοράς για μερικούς από τους πιο διαβόητους μολυσματικούς παράγοντες που έχουν γίνει γνωστοί.
Κατά συνέπεια, η ανάπτυξη φαρμάκων και εμβολίων γίνεται φθηνότερη, ταχύτερη και πιο αποτελεσματική στην καταπολέμηση διαφόρων μολυσματικών παραγόντων.
Είναι πιθανό ότι αυτό μπορεί να βοηθήσει τους επιστήμονες να εντοπίσουν ανθρώπινα υπερ-γονίδια που θα μπορούσαν να αντισταθούν στις λοιμώξεις.
3. Τεχνολογία Αυτόνομης Οδήγησης
Ο αλγόριθμος που απαιτείται για τη λειτουργία ενός οχήματος χωρίς οδηγό είναι περίπλοκος και πρέπει να επεξεργαστεί πολλούς πολύπλοκους υπολογισμούς σε πραγματικό χρόνο. Ουσιαστικά, ένα αυτόνομο φορτηγό ή αυτοκίνητο δεν μπορεί να αντέξει καθυστέρηση σε καμία από τις λειτουργίες του. Έτσι, χρειάζονται μια εξαιρετικά αξιόπιστη ταχύτητα υπολογισμού για να λειτουργήσουν.
Προσομοιώσεις ατυχημάτων, εντοπισμός εμποδίων, γρήγορη και ακριβής απόκριση στις αισθήσεις είναι τα βασικά χαρακτηριστικά των οχημάτων χωρίς οδηγό για έξυπνη και ασφαλή πλοήγηση.
Φυσικά, ο σκοπός της δημιουργίας αυτοκινούμενων αυτοκινήτων είναι να αξιοποιήσει την ακρίβεια της βαθιάς μάθησης για να μειώσει τα τροχαία ατυχήματα και να προβλέψει με ακρίβεια το πού θα πλοηγηθείτε.
Γίγαντες τεχνολογίας και αυτοκινήτων, συμπεριλαμβανομένων των Tesla, Waymo, Toyota, Honda, Volkswagen, μεταξύ άλλων, εντείνουν τις προσπάθειές τους να δοκιμάσουν αυτοκίνητα χωρίς οδηγό που συμμορφώνονται με τα δημόσια πρότυπα οδικής ασφάλειας.
Σχετίζεται με: Η Volkswagen σχεδιάζει να έχει αυτοκινούμενα ταξί στο δρόμο έως το 2025
Ωστόσο, πολλοί άνθρωποι είναι σκεπτικοί για τα αυτοκινούμενα αυτοκίνητα. Αλλά αυτή η τεχνολογία, αν εφαρμοστεί με επιτυχία, θα αλλάξει το πρόσωπο των μεταφορών. Και ίσως να προωθήσετε μια κίνηση προς έναν ασφαλέστερο δρόμο και βελτιστοποιημένη κατανάλωση καυσίμου.
4. Επαυξημένης πραγματικότητας
Με τις εξελισσόμενες τεχνολογίες και τις εξελίξεις στο cloud computing, η επαυξημένη πραγματικότητα, χωρίς αμφιβολία, θα μετατρέψει τις φαντασιώσεις σε ρεαλισμό.
Η επαυξημένη πραγματικότητα μπορεί να σας βοηθήσει να επιλέξετε και να δοκιμάσετε τα προϊόντα που αγοράζετε. Και είναι σαν να τους βλέπεις σωματικά. Το AR καθιστά δυνατή τη δοκιμή της εμφάνισης προϊόντων όπως ρούχων και αξεσουάρ πριν τα αγοράσετε.
Αναδύεται ακόμη και σε στρατιωτικές επιχειρήσεις. Ένα παράδειγμα είναι Ενσωματωμένο σύστημα οπτικής αύξησης της Microsoft (IVAS), το οποίο βοηθά τους στρατιώτες να δουν ολόκληρη τη συντεταγμένη τους σε πραγματικό χρόνο.
Σχετίζεται με: Εφαρμογές της τεχνολογίας AR στην καθημερινή ζωή
Στα αθλήματα, οι παίκτες μπορούν ακόμη και να προπονούνται εικονικά χρησιμοποιώντας τεχνολογία VR. Η εμβάπτιση εικονικής πραγματικότητας είναι επίσης μια εξελισσόμενη τεχνολογία που θα προωθήσει πιο ρεαλιστικά οράματα στο μέλλον.
Μεγάλες εταιρείες τεχνολογίας, συμπεριλαμβανομένης της Microsoft, της Google, μεταξύ άλλων, έχουν επενδύσει σε αυτήν την απόδοση υψηλής τεχνολογίας υπολογιστικών τεχνολογιών. Και με τις περαιτέρω προόδους, πιστεύουμε ότι ο κόσμος θα μπερδευτεί όταν η τηλεόραση και το παιχνίδι θα ενισχυθούν με ρεαλιστικά τοπία και προοπτικές.
5. Ηλιακή παρακολούθηση καιρού της NASA
Η NASA, το 2019, αξιοποίησε υπολογιστές υψηλής απόδοσης για να παρακολουθεί από απόσταση την ακραία υπεριώδη ακτινοβολία του ήλιου που προκαλεί ηλιακές εκλάμψεις, που διαταράσσουν τον ηλιακό καιρό.
Οι καιρικές συνθήκες του ηλιακού συστήματος επηρεάζουν την εκτόξευση διαστημικών σκαφών, δορυφόρων και ηλιακών σταθμών. Ως εκ τούτου, για να διατηρηθεί η ανθρώπινη εξερεύνηση στο διάστημα και να προστατευτεί η γη, είναι απαραίτητο να παρακολουθούμε τις αλλαγές του ηλιακού καιρού με την πάροδο του χρόνου.
Και φυσικά, μια παραμόρφωση στον ηλιακό καιρό μπορεί να επηρεάσει εξίσου τις υπηρεσίες μεταφοράς της γης, ειδικά εκείνες που εξαρτώνται από το ηλιακό σύστημα με τον έναν ή τον άλλο τρόπο.
Η NASA χρησιμοποιεί ένα ειδικό διαστημικό όργανο που ονομάζεται EVE MEGS-A για να συλλάβει τις δραστηριότητες του ήλιου. Αλλά αναφέρεται στην ερευνητική του εργασία που δημοσιεύτηκε στις Επιστήμη Προχωρεί, ότι το νέο μοντέλο βαθιάς εκμάθησης θα καλύψει το κενό εάν δυσλειτουργήσει το EVE MEGS-A.
Σε συνεργασία λοιπόν με το Frontier Development Lab, η NASA προσομοίωσε με επιτυχία το όργανο παρατήρησης του ήλιου μέσω ενός μοντέλου βαθιάς νευρωνικής δικτύωσης. Επειδή είναι σε πραγματικό χρόνο και δυναμική, αυτή η λύση οδηγεί σε γρήγορη λήψη αποφάσεων.
Αυτή είναι μια εφαρμογή που αλλάζει τη ζωή των υπολογιστών υψηλής απόδοσης, καθώς βοηθά τους αστροναύτες και τις ρυθμιστικές υπηρεσίες να λαμβάνουν σημαντικές αποφάσεις ενόψει μιας επικείμενης καταστροφής.
6. Παραγωγή Αεροσκαφών και Αεροδυναμική
Οι υπολογιστές υψηλής απόδοσης ισχύουν επίσης για τη μεταποίηση. Πολλές βιομηχανίες χρησιμοποιούν τώρα αυτήν την τεχνολογία για να μοντελοποιήσουν και να προβλέψουν πώς συμπεριφέρονται τα άγνωστα υλικά. Έτσι, δημιουργεί μια πύλη για τη δημιουργία νέων βιομηχανικών υλικών.
Η δυναμική των υπολογιστικών ρευστών είναι ένας από τους τομείς όπου η HPC έχει βρει τον σκοπό της. Η προσομοίωση ανεμογεννητριών, αεροπορικών μερών και η πρόβλεψη της αντοχής των υλικών οδήγησαν στην εφεύρεση ορισμένων προϊόντων που αλλάζουν τη ζωή.
Το AAI, για παράδειγμα, είναι ένας οργανισμός αεροδιαστημικής αμυντικής τεχνολογίας που μοντελοποιεί διάφορα αεροπορικά μέρη με βάση τη δυναμική των υπολογιστικών ρευστών. Το μοντέλο της AAI, ωστόσο, εστιάζει στην ανάπτυξη συστημάτων βελτιστοποιημένων με HPC για την κατασκευή ασφαλέστερων αεροσκαφών.
Simulia ανέπτυξε επίσης λογισμικό προσομοίωσης που χρησιμοποιεί υπολογιστική δυναμική ρευστού για να προσομοιώσει τις δυναμικές συνθήκες κρουαζιέρας ενός αεροσκάφους. Οι λύσεις της Simulia και της AAI μειώνουν το κόστος παραγωγής και το χρόνο εξαλείφοντας την ανάγκη για φυσικές δοκιμές και τη σπατάλη ακριβών υλικών.
Οι τεχνολογίες οδήγησης των υπολογιστών υψηλής απόδοσης
Οι υπερυπολογιστές και το cloud computing είναι οι δύο κύριες κινητήριες δυνάμεις των προγραμμάτων HPC. Προσφέρουν χώρο, ταχύτητα και επεκτασιμότητα.
Σχετίζεται με: Συνηθισμένοι μύθοι για το σύννεφο που χρειάζονται διάλυση
Οι υπερυπολογιστές επί τόπου μπορεί να είναι ανεπαρκείς για να καλύψουν τον χρόνο εκτέλεσης που απαιτείται από τα προγράμματα HPC καθώς αυξάνεται. Και ενώ το cloud computing είναι μια κλιμακούμενη και ταχύτερη εναλλακτική λύση, υπολογισμός άκρων είναι μια εξελισσόμενη λύση cloud που μπορεί να κυριαρχήσει στον υπολογισμό υψηλής απόδοσης στο μέλλον.
Ποιες είναι μερικές προκλήσεις της σύνταξης προγραμμάτων υπολογιστών υψηλής απόδοσης;
Οι εφαρμογές του HPC είναι απεριόριστες και καλύπτουν όλες τις πτυχές της ζωής. Έτσι, κατά την ανάπτυξη προγραμμάτων HPC ειδικά για το πεδίο, οι προγραμματιστές πρέπει να έχουν τεράστια γνώση για αυτόν τον τομέα. Διαφορετικά, γίνεται τρομακτικό, καθώς προσπαθούν επίσης να αντιμετωπίσουν τις τεχνικές του κώδικα. Μια άλλη πρόκληση, ωστόσο, είναι πώς να γράψετε κλιμακούμενο και εφαρμόσιμο κώδικα.
Τούτου λεχθέντος, οι υπολογιστές υψηλής απόδοσης θα φέρουν περισσότερη ανάπτυξη στον κόσμο, ακόμη και νωρίτερα από όσο νομίζετε.
Δεν μπορείτε να μάθετε να κωδικοποιείτε δωρεάν. Εκτός και αν δεν δώσετε σε αυτούς τους δοκιμασμένους πόρους, φυσικά.
Διαβάστε Επόμενο
- Προγραμματισμός
- Επαυξημένης πραγματικότητας
- Μηχανική μάθηση
Η Idowu είναι παθιασμένη με οτιδήποτε έξυπνη τεχνολογία και παραγωγικότητα. Στον ελεύθερο χρόνο του, παίζει με κωδικοποίηση και μεταβαίνει στη σκακιέρα όταν βαριέται, αλλά του αρέσει επίσης να ξεφεύγει από τη ρουτίνα κάθε τόσο. Το πάθος του για να δείξει στους ανθρώπους τον δρόμο γύρω από τη σύγχρονη τεχνολογία τον παρακινεί να γράψει περισσότερα.
Εγγραφείτε στο newsletter μας
Εγγραφείτε στο ενημερωτικό μας δελτίο για τεχνικές συμβουλές, κριτικές, δωρεάν ebooks και αποκλειστικές προσφορές!
Κάντε κλικ εδώ για εγγραφή
