Reālā laika tirgus izlūkošana, cilvēka anatomiskā modelēšana, paredzamā rūpnieciskā izpēte, kosmosa zinātne un daudz kas cits cilvēku ekspedīcijas aizved pašreizējo pasauli neiedomājamā nākotnē, kas lielā mērā ir saistīts ar augstas veiktspējas skaitļošanu (HPC).
Neskatoties uz to, ka ir nepieciešami milzīgi resursi, augstas veiktspējas skaitļošanas programmas turpina darboties, pateicoties superdatoru izgudrojumam un plaši izplatītai mākoņdatošanas ieviešanai. Šīs tehnoloģijas atvieglo dzīvi, atbalstot neaptveramu ātru datu apstrādi.
Daži HPC pielietojumi pārveido, kā zinātne jums kalpos nākotnē. Bet vispirms, kas ir augstas veiktspējas skaitļošana?
Kas ir augstas veiktspējas skaitļošana?
Augstas veiktspējas skaitļošana attiecas uz sistēmas spēju apstrādāt milzīgu datu apjomu un ātri palaist sarežģītus modeļus. Tāpēc HPC programmām ir nepieciešama milzīga skaitļošanas jauda, lai reālā laikā apstrādātu terabaitus, petabaitus vai pat zetbaitus.
Tādējādi HPC paļaujas uz skaitļošanas, tīkla un datu uzglabāšanas principu.
Tomēr šeit ir daži ievērojami augstas veiktspējas tehnoloģiju lietojumi, kas ir ietekmējuši pasauli.
1. Prognozējoša sirds un asinsvadu veselība
Bez šaubām, sirds mazspēja ir dzīvībai bīstama. Un varbūt viens no izaicinājumiem, ar ko jāsaskaras, mēģinot izprast tā mehānismus, ir atšķirības sirds anatomiskajā reakcijā uz dažādiem apstākļiem. Līdz ar to kļūst grūti paredzēt tā uzvedību reālā laikā.
Par laimi, tiek piedāvāti daži uz HPC balstīti risinājumi.
Piemēram, IBMkopā ar aizsardzības laboratoriju vēsturiski simulēja cilvēka sirds homeostātiskos mehānismus molekulārā līmenī, izmantojot vienu no pasaulē ātrākie superdatori, Sequoia, 2012. gadā.
Viņi izmantoja Sequioa augsto skaitļošanas ātrumu, lai izveidotu mērogojamu modeli ar nosaukumu "Cardioid", lai atdarinātu un atjaunotu cilvēka sirdi. Un atšķirībā no iepriekšējām programmām, kas varēja simulēt tikai aptuveni desmit sirdsdarbības vai mazāk, Cardioid programma varētu atdarināt tūkstošiem sirdspukstu. Turklāt tas bija 300 reizes ātrāks nekā vairums modeļu.
IBM Cardioid projekts nav vienīgā augstas veiktspējas skaitļošanas programma, kas maina sirds veselību, Dassault Systemes Ievērojams ir arī dzīvās sirds projekts.
Tādējādi jūs varat sagaidīt, ka narkotikas un dažādas shēmas vispirms tiks pārbaudītas simulētā sirdī, pirms tās ievadīs cilvēkiem. Šīs HPC programmas arī sola uzlabot sirds un asinsvadu ierīces un orgānu izvietojumu operāciju laikā.
2018. gadā Google arī izstrādāja dziļas mācīšanās modeli kas paredz sirds un asinsvadu slimību risku, izmantojot datora redzi no skenētiem tīklenes attēliem.
Šī tehnoloģija darbojas, novērtējot acu asinsvadus un pēc tam izmantojot to, lai prognozētu sistolisko asinsspiedienu un identificētu citus riska rādītājus.
Šāda programma palīdz savlaicīgi atklāt sirds un asinsvadu problēmas, kas ir to novēršanas atslēga.
Tomēr tiek veidoti arī simulēti elektrokardiogrammas (EKG) AI modeļi, lai palīdzētu efektīvai diagnozei cilvēkiem ar sirds kambaru anomālijām. Līdz ar to, kamēr atvērtās sirds operācijas kļūst arvien veiksmīgākas, pasaule virzās uz laikmets, kurā pacienti un ārsti ir pārliecinātāki par sirds operāciju iznākumu nekā jebkad agrāk.
Viens no veiksmīgiem sirds un asinsvadu modelēšanas pielietojumiem ir ziņojums CNN veselība no 4 gadus vecas meitenes sirds 3D simulācijas Niklausa bērnu slimnīcā 2015. Tas ir fenomenāli, jo ķirurgi spēja darbināt pacienta sirds simulēto versiju un paredzēt labākās darbības procedūras pirms faktiskās operācijas.
2. Izpratne par vīrusu genomu
Lai gan vīrusa genomu varētu sekvencēt, izprast tā invazīvo patoloģiju reālā laikā ir grūti, jo tas mutē. Bet, pateicoties augstas veiktspējas skaitļošanai, attīstās šo mehānismu revolucionārās simulācijas. Un tas palīdz lēmumu pieņēmējiem.
Jaunāks augstas veiktspējas skaitļošanas lietojumprogrammas piemērs šajā gadījumā ir CSIRO pilnīgu COVID-19 genoma izpēti, ko viņi simulēja CSIRO superdatorā 2020.
CSIRO Data61 komanda veiksmīgi simulēja COVID-19 saistīšanās mehānismu ar cilvēka ACE2 receptoru.
COVID-19 ir aktīvi mutējošs vīruss. Bet tā darbības mehānisma simulācija ir tālu, lai palīdzētu pētniekiem izprast lielāko daļu tās mainīgās uzvedības. Šāds sasniegums ne tikai palīdz zinātniekiem zināt, kur vakcīnai vajadzētu būt vērstai uz COVID-19 vīrusa genomu. Bet tā ir arī veidne paredzama uzvedības modeļa izstrādei dažiem no vispazīstamākajiem infekcijas izraisītājiem, kādi jebkad ir zināmi.
Līdz ar to zāļu un vakcīnu izstrāde kļūst lētāka, ātrāka un efektīvāka dažādu infekcijas izraisītāju apkarošanā.
Iespējams, ka tas var palīdzēt zinātniekiem identificēt cilvēku supergēnus, kas varētu pretoties infekcijām.
3. Autonomā braukšanas tehnoloģija
Algoritms, kas nepieciešams transportlīdzekļa bez vadītāja darbināšanai, ir sarežģīts, un tam ir jāapstrādā daudzi sarežģīti aprēķini reālā laikā. Būtībā autonoma kravas automašīna vai automašīna nevar atļauties atpalikt nevienā no savām funkcijām. Tādējādi viņiem ir nepieciešams ļoti uzticams skaitļošanas ātrums.
Negadījumu simulācijas, šķēršļu atklāšana, ātra un precīza reakcija uz sajūtām ir galvenie transportlīdzekļu vadītāju raksturlielumi, lai gudri un droši pārvietotos.
Protams, pašbraucošo automašīnu izveides mērķis ir izmantot dziļas mācīšanās precizitāti, lai samazinātu ceļu satiksmes negadījumus un precīzi paredzētu, kur orientēties.
Tehnikas un automobiļu giganti, tostarp Tesla, Waymo, Toyota, Honda, Volkswagen, cita starpā, pastiprina centienus, lai pārbaudītu automašīnas bez vadītājiem, kas atbilst sabiedriskajiem satiksmes drošības standartiem.
Saistīts: Volkswagen plāno līdz 2025.gadam uz ceļa vadīt pašbraucošus taksometrus
Tomēr daudzi cilvēki ir skeptiski par pašbraucošām automašīnām. Bet šī tehnoloģija, ja tā tiks veiksmīgi ieviesta, mainīs transporta seju. Un, iespējams, veicināt braukšanu uz drošāku ceļu un optimālu degvielas patēriņu.
4. Paplašinātā realitāte
Pateicoties tehnoloģiju attīstībai un mākoņdatošanas sasniegumiem, paplašinātā realitāte, bez šaubām, fantāzijas pārvērtīs reālismā.
Paplašinātā realitāte var palīdzēt izvēlēties un pārbaudīt iegādātos produktus. Un šķiet, ka jūs tos redzat fiziski. AR ļauj pārbaudīt, kā uz jums izskatās tādi produkti kā apģērbs un aksesuāri.
Tas parādās pat militārajās operācijās. Piemērs ir Microsoft integrētā vizuālās paplašināšanas sistēma (IVAS), kas palīdz karavīriem reāllaikā redzēt visu savu koordinātu.
Saistīts: AR tehnoloģiju pielietojums ikdienas dzīvē
Sportā spēlētāji pat var trenēties virtuāli, izmantojot VR tehnoloģiju. Virtuālās realitātes iegremdēšana ir arī attīstoša tehnoloģija, kas nākotnē veicinās reālistiskākas vīzijas.
Lielas tehnoloģiju kompānijas, tostarp Microsoft, Google, cita starpā, ir ieguldījušas šajā augstas veiktspējas skaitļošanas tehnoloģijā. Un, turpinot attīstīties, mēs domājam, ka pasaule būs apjukusi, kad TV un spēles tiks papildinātas ar reālistiskām ainavām un perspektīvām.
5. NASA Saules laika monitorings
NASA 2019. gadā izmantoja augstas veiktspējas skaitļošanu, lai attālināti uzraudzītu saules ultravioleto starojumu, kas izraisa saules uzliesmojumus, kas ir saules laika traucējumu izraisītājs.
Saules sistēmas laika apstākļi ietekmē kosmosa kuģu, satelītu un saules staciju palaišanu. Tāpēc, lai saglabātu cilvēku izpēti kosmosā un aizsargātu zemi, ir nepieciešams izsekot saules laika izmaiņām laika gaitā.
Un, protams, saulaino laika apstākļu izkropļojumi var vienlīdz ietekmēt zemes pārraides pakalpojumus, īpaši tos, kas vienā vai otrā veidā ir atkarīgi no Saules sistēmas.
Saules aktivitāšu fiksēšanai NASA izmanto īpašu kosmosa instrumentu EVE MEGS-A. Bet teikts savā pētījuma dokumentā, kas publicēts Zinātnes attīstība, ka jaunais padziļinātās mācīšanās modelis aizpildīs plaisu, ja EVE MEGS-A darbosies nepareizi.
Tātad sadarbībā ar Frontier Development Lab NASA veiksmīgi modelēja saules novērošanas instrumentu, izmantojot dziļu neironu tīklu modeli. Tā kā tas ir reāllaika un dinamisks, šis risinājums nodrošina ātru lēmumu pieņemšanu.
Tā ir augstas veiktspējas skaitļošanas lietojumprogramma, kas maina dzīvi, jo tā palīdz astronautiem un regulatīvajām aģentūrām pieņemt efektīvus lēmumus pirms gaidāmās katastrofas.
6. Lidmašīnu ražošana un aerodinamika
Augstas veiktspējas skaitļošana ir piemērojama arī ražošanai. Tagad daudzas nozares izmanto šo tehnoloģiju, lai modelētu un prognozētu, kā uzvedas neatklāti materiāli. Tādējādi tas rada vārtus jaunu rūpniecisko materiālu radīšanai.
Skaitļošanas šķidruma dinamika ir viena no jomām, kurā HPC ir atradis savu mērķi. Vēja turbīnu, aviācijas detaļu simulācija un materiālu izturības prognozēšana ir novedusi pie dažu dzīvību mainošu produktu izgudrošanas.
Piemēram, AAI ir aviācijas un kosmosa aizsardzības tehnoloģiju organizācija, kas modelē dažādas aviācijas daļas, pamatojoties uz skaitļošanas šķidruma dinamiku. Tomēr AAI modelis koncentrējas uz HPC optimizētu sistēmu izstrādi drošāku lidmašīnu ražošanai.
Simulija izstrādāja arī simulācijas programmatūru, izmantojot skaitļošanas šķidruma dinamiku, lai modelētu lidmašīnas dinamiskos kruīza apstākļus. Simulia un AAI risinājumi samazina ražošanas izmaksas un laiku, izslēdzot fiziskās pārbaudes nepieciešamību un dārgu materiālu izšķērdēšanu.
Augstas veiktspējas skaitļošanas braukšanas tehnoloģijas
Superdatori un mākoņdatošana ir divi galvenie HPC programmu dzinējspēki. Tie piedāvā telpu, ātrumu un mērogojamību.
Saistīts: Bieži sastopamie mīti par mākoņiem, kas jāaptur
Uz vietas esošie superdatori var būt nepietiekami, lai sasniegtu HPC programmu pieprasīto izpildlaiku, jo tas tiek palielināts. Un, lai gan mākoņdatošana ir mērogojama un ātrāka alternatīva, malu skaitļošana ir mainīgs mākoņu risinājums, kas nākotnē var dominēt augstas veiktspējas skaitļošanas jomā.
Kādi ir daži izaicinājumi, rakstot augstas veiktspējas skaitļošanas programmas?
HPC pielietojums ir neierobežots, un tie aptver visus dzīves aspektus. Tātad, izstrādājot specifiskas HPC programmas, programmētājiem ir jābūt plašām zināšanām par šo jomu. Pretējā gadījumā tas kļūst biedējoši, jo viņi arī cenšas tikt galā ar sava koda tehniskajām īpašībām. Tomēr vēl viens izaicinājums ir rakstīt mērogojamu un īstenojamu kodu.
Tas nozīmē, ka augstas veiktspējas skaitļošana pasaulē dos lielāku attīstību, pat ātrāk, nekā jūs varētu domāt.
Jūs nevarat iemācīties kodēt bez maksas. Protams, ja vien jūs neizmēģināt šos pārbaudītos resursus.
Lasīt Tālāk
- Programmēšana
- Paplašinātā realitāte
- Mašīnmācīšanās
Idowu aizraujas ar visu gudro tehnoloģiju un produktivitāti. Brīvajā laikā viņš spēlējas ar kodēšanu un pārslēdzas uz šaha galdu, kad viņam ir garlaicīgi, taču viņam arī patīk laiku pa laikam atrauties no rutīnas. Viņa aizraušanās parādīt cilvēkiem ceļu apkārt mūsdienu tehnoloģijām motivē viņu rakstīt vairāk.
Abonējiet mūsu biļetenu
Pievienojieties mūsu informatīvajam izdevumam, lai iegūtu tehniskus padomus, pārskatus, bezmaksas e -grāmatas un ekskluzīvus piedāvājumus!
Noklikšķiniet šeit, lai abonētu