6 suure jõudlusega arvutirakendust, mis muutsid maailma

Reaalajas turuandmed, inimese anatoomiline modelleerimine, ennustav tööstuslik uurimine, kosmoseteadus ja palju muud inimretked juhivad praeguse maailma kujuteldamatusse tulevikku, mis on suuresti tingitud suure jõudlusega andmetöötlusest (HPC).

Vaatamata tohutute ressursside nõudmisele jätkuvad suure jõudlusega arvutiprogrammid tänu superarvutite leiutamisele ja pilvandmetöötluse laialdasele rakendamisele. Need tehnoloogiad muudavad elu lihtsaks, toetades arusaamatut kiiret andmetöötlust.

Mõned HPC rakendused kujundavad ümber, kuidas teadus teid tulevikus teenib. Aga kõigepealt, mis on suure jõudlusega andmetöötlus?

Mis on suure jõudlusega andmetöötlus?

Suure jõudlusega andmetöötlus viitab süsteemi võimele töödelda tohutul hulgal andmeid ja käivitada kiiresti keerukaid mudeleid. Seetõttu vajavad HPC programmid terabaitide, petabaitide või isegi zetbaitide andmete reaalajas töötlemiseks tohutut arvutusvõimsust.

Seega tugineb HPC arvutamise, võrgustumise ja andmete salvestamise põhimõttele.

Sellegipoolest on siin mõned märkimisväärsed suure jõudlusega tehnoloogia rakendused, mis on maailma mõjutanud.

1. Ennustav südame -veresoonkonna tervis

Kahtlemata on südamepuudulikkus eluohtlik. Ja võib -olla üks väljakutsetest, millega selle mehhanisme mõista üritatakse, on südame anatoomilise reaktsiooni erinevused erinevatele tingimustele. Järelikult muutub selle käitumist reaalajas raskeks ennustada.

Õnneks on tulemas mõned HPC-põhised lahendused.

Näiteks, IBMkoos kaitselaboriga simuleerisid ajalooliselt molekulaarsel tasandil inimese südame homöostaatilisi mehhanisme, kasutades ühte maailma kiireimad superarvutid, Sequoia, 2012. aastal.

Nad kasutasid Sequioa suurt arvutuskiirust, et ehitada skaleeritav mudel nimega "Cardioid", et jäljendada ja taastada inimese südant. Ja erinevalt varasematest programmidest, mis suutsid simuleerida vaid umbes kümme või madalamat südamelööki, võis programm Cardioid jäljendada tuhandeid südamelööke. Lisaks oli see 300 korda kiirem kui enamik mudeleid.

IBMi Cardioid projekt ei ole ainus suure jõudlusega arvutiprogramm, mis muudab südame tervist, Dassault Systemes ' Elav südameprojekt on samuti tähelepanuväärne.

Seega võite oodata, et enne inimestele manustamist näete esmalt simuleeritud südamega testitud ravimeid ja erinevaid raviskeeme. Need HPC programmid lubavad parandada ka kardiovaskulaarseid seadmeid ja elundite paigutust operatsioonide ajal.

2018. aastal Google töötas välja ka sügava õppimise mudeli mis ennustab südame -veresoonkonna haiguste riske, kasutades skannitud võrkkesta piltide arvutinägemust.

Tehnoloogia hindab silma veresooni ja kasutab seda süstoolse vererõhu ennustamiseks ja muude riskinäitajate tuvastamiseks.

Selline programm aitab varakult avastada kardiovaskulaarseid probleeme, mis on nende ennetamise võti.

Sellegipoolest tekivad ka simuleeritud elektrokardiogrammi (EKG) AI mudelid, mis aitavad vatsakeste anomaaliatega inimestel tõhusalt diagnoosida. Järelikult, samal ajal kui avatud südameoperatsioonid muutuvad edukamaks, liigub maailm selle poole ajastu, kus patsiendid ja arstid on südameoperatsioonide tulemustes kindlamad kui kunagi varem.

Üks kardiovaskulaarse modelleerimise edukas rakendus on raport CNN tervis 4-aastase tüdruku südame 3D-simulatsioonist Nicklausi lastehaiglas 2015. aastal. See on fenomenaalne, kuna kirurgid suutsid kasutada patsiendi südame simuleeritud versiooni ja kavandada parimaid operatsiooniprotseduure enne tegelikku operatsiooni.

2. Viiruse genoomi mõistmine

Kuigi viiruse genoomi saab sekveneerida, on selle invasiivse patoloogia mõistmine reaalajas keeruline, kuna see muteerub. Kuid tänu suure jõudlusega andmetöötlusele arenevad nende mehhanismide murrangulised simulatsioonid. Ja see aitab otsustajaid.

Uuem näide suure jõudlusega arvutirakendusest on antud juhul CSIRO omad COVID-19 täieliku genoomi uurimine, mida nad simuleerisid CSIRO superarvutis 2020.

CSIRO Data61 meeskond simuleeris edukalt COVID-19 seondumismehhanismi inimese ACE2 retseptoriga.

COVID-19 on aktiivselt muteeruv viirus. Kuid selle toimemehhanismi simulatsioon aitab kaugele aidata teadlastel mõista enamikku selle arenevast käitumisest. Selline läbimurre ei aita teadlastel mitte ainult teada, kuhu vaktsiin peaks COVID-19 viiruse genoomi sihtima. Kuid see on ka mall mõnede kõige tuntumate nakkusetekitajate jaoks ennustatava käitumismustri väljatöötamiseks.

Sellest tulenevalt muutub ravimite ja vaktsiinide väljatöötamine odavamaks, kiiremaks ja tõhusamaks erinevate nakkusetekitajate vastu võitlemisel.

Võimalik, et see võib aidata teadlastel tuvastada inimeste supergeene, mis võivad nakkustele vastu seista.

3. Autonoomne sõidutehnoloogia

Juhita sõiduki käitamiseks vajalik algoritm on keeruline ja see peab reaalajas töötlema paljusid keerukaid arvutusi. Põhimõtteliselt ei saa autonoomne veoauto ega sõiduauto oma funktsionaalsuses viivitust lubada. Seega vajavad nad töötamiseks väga usaldusväärset arvutuskiirust.

Õnnetusjuhtumite simulatsioonid, takistuste tuvastamine, kiire ja täpne reageerimine meeltele on juhita sõidukite peamised omadused nutikalt ja ohutult navigeerimiseks.

Loomulikult on isesõitvate autode loomise eesmärk kasutada süvaõppe täpsust, et vähendada liiklusõnnetusi ja täpselt ennustada, kuhu navigeerida.

Tehnika- ja autohiiglased, sealhulgas Tesla, Waymo, Toyota, Honda, Volkswagen, muudavad jõupingutusi, et testida avalikele liiklusohutusstandarditele vastavaid juhita autosid.

Seotud: Volkswagen kavatseb 2025. aastaks liikuda isesõitvate taksodega

Paljud inimesed on siiski isesõitvate autode suhtes skeptilised. Kuid see tehnoloogia, kui seda edukalt rakendatakse, muudab transpordi nägu. Ja võib -olla soodustada sõitu ohutuma tee ja optimeeritud kütusekulu poole.

4. Liitreaalsus

Tänu arenevatele tehnoloogiatele ja pilvandmetöötluse edusammudele muudab liitreaalsus kahtlemata fantaasiad realismiks.

Liitreaalsus aitab teil ostetud tooteid valida ja testida. Ja tundub, et näete neid füüsiliselt. AR võimaldab enne ostmist testida, kuidas sellised tooted nagu riided ja aksessuaarid teile näevad.

See ilmneb isegi sõjalistes operatsioonides. Näide on Microsofti integreeritud visuaalne suurendussüsteem (IVAS), mis aitab sõduritel reaalajas kogu koordinaadi näha.

Seotud: AR -tehnoloogia rakendused igapäevaelus

Spordis saavad mängijad VR -tehnoloogia abil isegi virtuaalselt treenida. Virtuaalse reaalsuse keelekümblus on samuti arenev tehnoloogia, mis edendab tulevikus realistlikumaid nägemusi.

Suured tehnoloogiaettevõtted, sealhulgas Microsoft, Google, on investeerinud sellesse suure jõudlusega andmetöötlustehnoloogiasse. Edasiste edusammudega arvame, et maailm on hämmingus, kui televiisorit ja mänge täiendatakse realistlike maastike ja väljavaadetega.

5. NASA päikese ilma jälgimine

NASA kasutas 2019. aastal suure jõudlusega andmetöötlust, et eemalt jälgida päikese äärmist ultraviolettkiirgust, mis põhjustab päikesepõletusi, mis häirivad päikese ilma.

Päikesesüsteemi ilmastikutingimused mõjutavad kosmoseaparaatide, satelliitide ja päikesejaamade käivitamist. Seetõttu on inimeste uurimise jätkamiseks kosmoses ja maa kaitsmiseks vaja jälgida päikese ilma muutumist aja jooksul.

Ja muidugi võib päikese ilma moonutamine mõjutada võrdselt ka maa edastavaid kommunaalteenuseid, eriti neid, mis ühel või teisel viisil sõltuvad päikesesüsteemist.

NASA kasutab päikese toimingute jäädvustamiseks spetsiaalset kosmoseinstrumenti EVE MEGS-A. Kuid see on avaldatud oma teadustöös, mis avaldati Teaduse edusammud, et selle uus süvaõppemudel täidab tühimiku EVE MEGS-A talitlushäirete korral.

Nii simuleeris NASA koos Frontier Development Labiga edukalt päikesevaatlusseadet sügava närvivõrgu mudeli kaudu. Kuna see lahendus on reaalajas ja dünaamiline, annab see kiire otsuse.

See on suure jõudlusega andmetöötluse elumuutev rakendus, kuna see aitab astronaudidel ja reguleerivatel asutustel teha eelseisva katastroofi eel mõjukaid otsuseid.

6. Lennukite tootmine ja aerodünaamika

Suure jõudlusega andmetöötlus on rakendatav ka tootmises. Paljud tööstused kasutavad nüüd seda tehnoloogiat avastamata materjalide käitumise modelleerimiseks ja ennustamiseks. Seega loob see värava uute tööstuslike materjalide loomiseks.

Arvutusvedeliku dünaamika on üks valdkondi, kus HPC on leidnud oma eesmärgi. Tuulikute, lennundusosade simulatsioon ja materjalide tugevuse ennustamine on viinud mõnede elumuutvate toodete leiutamiseni.

Näiteks AAI on lennundus- ja kaitsetehnoloogia organisatsioon, mis modelleerib arvutusvedeliku dünaamika põhjal erinevaid lennundusosi. AAI mudel keskendub aga HPC-optimeeritud süsteemide väljatöötamisele, et muuta lennukid ohutumaks.

Simulia töötas välja ka simulatsioonitarkvara, mis kasutab arvutusvedeliku dünaamikat, et simuleerida õhusõiduki dünaamilisi püsikiirustingimusi. Simulia ja AAI lahendused vähendavad tootmiskulusid ja aega, kaotades füüsilise testimise vajaduse ja kallite materjalide raiskamise.

Suure jõudlusega andmetöötluse juhtimistehnoloogiad

Superarvutid ja pilvandmetöötlus on HPC programmide kaks peamist liikumapanevat jõudu. Need pakuvad ruumi, kiirust ja mastaapsust.

Seotud: Levinud müüdid pilve kohta, mis vajavad purustamist

Kohapealsed superarvutid võivad olla ebapiisavad, et jõuda HPC programmide nõutavale tööajale, kui see suureneb. Ja kuigi pilvandmetöötlus on skaleeritav ja kiirem alternatiiv, servaarvutus on arenev pilvelahendus, mis võib tulevikus domineerida suure jõudlusega andmetöötluses.

Millised on suure jõudlusega arvutusprogrammide kirjutamise väljakutsed?

HPC rakendused on piiramatud ja hõlmavad kõiki elu aspekte. Nii et valdkonnapõhiste HPC-programmide väljatöötamisel peavad programmeerijad omama selle valdkonna kohta laialdasi teadmisi. Vastasel juhul muutub see heidutavaks, kuna nad üritavad ka oma koodi tehniliste omadustega toime tulla. Teine väljakutse on aga see, kuidas kirjutada skaleeritavat ja rakendatavat koodi.

See tähendab, et suure jõudlusega andmetöötlus toob maailmale rohkem arengut isegi varem, kui arvate.

7 parimat viisi tasuta koodide õppimiseks

Sa ei saa tasuta kodeerimist õppida. Muidugi, kui te neid proovitud ressursse proovile ei anna.

Loe edasi

Autori kohta