Reaaliaikainen markkinoiden älykkyys, ihmisen anatominen mallinnus, ennakoiva teollinen etsintä, avaruustiede ja paljon muuta inhimilliset tutkimusmatkat vievät nykymaailman käsittämättömään tulevaisuuteen, mikä johtuu suurelta osin korkean suorituskyvyn tietojenkäsittelystä (HPC).
Huolimatta siitä, että ne vaativat valtavia resursseja, korkean suorituskyvyn tietokoneohjelmat kehittyvät jatkuvasti supertietokoneiden keksimisen ja pilvipalvelujen laajan käyttöönoton ansiosta. Nämä tekniikat helpottavat elämää ja tukevat käsittämätöntä nopeaa tietojenkäsittelyä.
Jotkut HPC -sovellukset suunnittelevat uudelleen, miten tiede palvelee sinua tulevaisuudessa. Mutta ensinnäkin, mitä on suorituskykyinen tietojenkäsittely?
Mikä on korkean suorituskyvyn tietokone?
Suorituskykyisellä laskennalla tarkoitetaan järjestelmän kykyä käsitellä valtava määrä dataa ja suorittaa monimutkaisia malleja nopeasti. HPC-ohjelmat vaativat siis valtavaa laskentatehoa tera-, petatavun tai jopa zetatavun tietojen käsittelyyn reaaliajassa.
Näin ollen HPC perustuu laskennan, verkottumisen ja tietojen tallennuksen periaatteeseen.
Tässä on kuitenkin joitain merkittäviä korkean suorituskyvyn tekniikan sovelluksia, jotka ovat vaikuttaneet maailmaan.
1. Ennustava sydän- ja verisuoniterveys
Epäilemättä sydämen vajaatoiminta on hengenvaarallinen. Ja ehkä yksi haasteista, joita se kohtaa yrittäessään ymmärtää sen mekanismeja, on sydämen anatomisessa vasteessa erilaisiin olosuhteisiin liittyvät erot. Näin ollen on vaikea ennustaa sen käyttäytymistä reaaliajassa.
Onneksi joitakin HPC-pohjaisia ratkaisuja on tulossa.
Esimerkiksi, IBMyhdessä puolustuslaboratorion kanssa simuloi historiallisesti ihmisen sydämen homeostaattisia mekanismeja molekyylitasolla käyttämällä yhtä maailman nopeimmat supertietokoneet, Sequoia, vuonna 2012.
He käyttivät Sequioan suurta laskentanopeutta rakentaakseen skaalautuvan mallin nimeltä "Cardioid", joka jäljittelee ja rakentaa uudelleen sydämen. Ja toisin kuin aiemmat ohjelmat, jotka pystyivät simuloimaan vain noin kymmenen tai pienempää sykettä, Cardioid -ohjelma voisi jäljitellä tuhansia sydämenlyöntejä. Lisäksi se oli 300 kertaa nopeampi kuin useimmat mallit.
IBM: n Cardioid-projekti ei ole ainoa korkean suorituskyvyn tietokoneohjelma, joka mullistaa sydämen terveyden, Dassault Systemes ' Elävä sydänhanke on myös merkittävä.
Siten voit odottaa huumeiden ja erilaisten hoito -ohjelmien testattavan simuloidulla sydämellä ennen niiden antamista ihmisille. Nämä HPC -ohjelmat lupaavat myös parantaa kardiovaskulaarisia laitteita ja elinten sijoittelua leikkausten aikana.
Vuonna 2018 Google kehitti myös syvän oppimisen mallin joka ennustaa sydän- ja verisuonisairauksien riskit käyttämällä tietokonenäköä skannatuista verkkokalvon kuvista.
Teknologia toimii arvioimalla silmän verisuonia ja käyttämällä sitä ennustamaan systolista verenpainetta ja tunnistamaan muita riskin osoittimia.
Tällainen ohjelma auttaa havaitsemaan sydän- ja verisuonitaudit varhaisessa vaiheessa, mikä on avain niiden ehkäisyyn.
Siitä huolimatta simuloidut EKG -tekoälymallit ovat myös nousemassa auttamaan tehokasta diagnoosia ihmisille, joilla on kammioiden poikkeavuuksia. Näin ollen samalla kun avoimen sydämen leikkauksista tulee menestyvämpiä, maailma ajautuu kohti aikakausi, jolloin potilaat ja lääkärit ovat luottavaisempia sydänleikkausten tuloksista kuin koskaan ennen.
Yksi menestyksekäs kardiovaskulaarisen mallinnuksen sovellus on CNN: n terveys 4-vuotiaan tytön sydämen 3D-simulaatiosta Nicklaus Children's Hospitalissa vuonna 2015. Se on ilmiömäistä, koska kirurgit pystyivät käyttämään simuloitua versiota potilaan sydämestä ja suunnittelemaan parhaat leikkaustoimenpiteet ennen varsinaista leikkausta.
2. Virusgenomin ymmärtäminen
Vaikka viruksen genomi voitaisiin sekvensoida, sen invasiivisen patologian ymmärtäminen reaaliajassa on vaikeaa, koska se mutatoituu. Mutta korkean suorituskyvyn tietojenkäsittelyn ansiosta näiden mekanismien uraauurtavia simulaatioita kehitetään. Ja se auttaa päätöksentekijöitä.
Tuoreempi esimerkki korkean suorituskyvyn laskentasovelluksesta on tässä tapauksessa CSIRO: t COVID-19-koko genomin tutkiminen, jota he simuloivat CSIRO-supertietokoneella vuoden 2020 alussa.
CSIRO Data61 -tiimi simuloi onnistuneesti COVID-19: n sitoutumismekanismin ihmisen ACE2-reseptoriin.
COVID-19 on aktiivisesti muuttuva virus. Mutta sen toimintamekanismin simulointi auttaa pitkälle tutkijoita ymmärtämään suurimman osan sen kehittyvästä käyttäytymisestä. Tällainen läpimurto ei ainoastaan auta tiedemiehiä tietämään, mihin rokotteen tulisi kohdistua COVID-19-virusgenomiin. Mutta se on myös malli ennakoivan käyttäytymismallin kehittämiselle joidenkin tunnetuimpien tartuntatautien suhteen.
Näin ollen lääkkeiden ja rokotteiden kehittäminen tulee halvemmaksi, nopeammaksi ja tehokkaammaksi torjumaan erilaisia tartuntatauteja.
On mahdollista, että tämä voi auttaa tutkijoita tunnistamaan ihmisen supergeenejä, jotka voivat vastustaa infektioita.
3. Autonominen ajotekniikka
Kuljettajattoman ajoneuvon käyttämiseen tarvittava algoritmi on monimutkainen, ja sen on käsiteltävä monia monimutkaisia laskelmia reaaliajassa. Pohjimmiltaan autonomisella kuorma -autolla tai henkilöautolla ei ole varaa viivästyä missään toiminnassaan. Siksi he tarvitsevat erittäin luotettavan laskenopeuden toimiakseen.
Onnettomuussimulaatiot, esteiden havaitseminen, nopea ja tarkka reagointi aisteihin ovat kuljettajattomien ajoneuvojen tärkeimmät ominaisuudet navigoidakseen älykkäästi ja turvallisesti.
Itseohjautuvien autojen luomisen tarkoituksena on tietysti hyödyntää syvän oppimisen tarkkuutta vähentääkseen liikenneonnettomuuksia ja ennustaa tarkasti, minne navigoida.
Tekniikka- ja autojätit, muun muassa Tesla, Waymo, Toyota, Honda, Volkswagen, tehostavat pyrkimyksiään testata kuljettajatonta autoa, joka täyttää yleiset liikenneturvallisuusstandardit.
Aiheeseen liittyviä: Volkswagen suunnittelee ajavansa takseja tiellä vuoteen 2025 mennessä
Monet ihmiset ovat kuitenkin skeptisiä itseohjautuvista autoista. Mutta jos tämä tekniikka toteutetaan onnistuneesti, se muuttaa kuljetuksen kasvot. Ja ehkä edistää ajamista kohti turvallisempaa tietä ja optimoitua polttoaineen kulutusta.
4. Lisätty todellisuus
Kehittyvien tekniikoiden ja pilvipalveluiden edistymisen myötä lisätty todellisuus muuttaa epäilemättä fantasiat realismiksi.
Lisätty todellisuus voi auttaa sinua valitsemaan ja testaamaan ostamiasi tuotteita. Ja tuntuu siltä, että näet ne fyysisesti. AR: n avulla voit testata, miltä vaatteet ja asusteet näyttävät sinusta ennen niiden ostamista.
Se näkyy jopa sotilasoperaatioissa. Esimerkki on Microsoftin integroitu visuaalinen lisäysjärjestelmä (IVAS), joka auttaa sotilaita näkemään koko koordinaatinsa reaaliajassa.
Aiheeseen liittyviä: AR -tekniikan sovelluksia jokapäiväisessä elämässä
Urheilussa pelaajat voivat jopa treenata virtuaalisesti VR -tekniikan avulla. Virtuaalitodellisuuteen upottaminen on myös kehittyvä tekniikka, joka edistää realistisempia visioita tulevaisuudessa.
Suuret teknologiayritykset, kuten Microsoft, Google, ovat investoineet tähän tuottavaan tietotekniikkaan. Edistyneemmällä kehityksellä uskomme, että maailma hämmentyy, kun televisio ja pelit täydentyvät realistisilla maisemilla ja näkökulmilla.
5. NASAn aurinkosään seuranta
NASA käytti vuonna 2019 korkean suorituskyvyn tietojenkäsittelyä etävalvoakseen auringon äärimmäistä ultraviolettisäteilyä, joka aiheuttaa auringonpurkauksia, jotka häiritsevät auringon säätä.
Aurinkokunnan säätila vaikuttaa avaruusalusten, satelliittien ja aurinkoasemien laukaisuun. Siksi ihmisten etsimisen ylläpitämiseksi avaruudessa ja maapallon suojelemiseksi on tarpeen seurata auringon sään muutoksia ajan mittaan.
Ja tietysti auringon säässä esiintyvä vääristymä voi vaikuttaa samalla tavalla maan lähettäviin laitteisiin, erityisesti niihin, jotka ovat tavalla tai toisella riippuvaisia aurinkokunnasta.
NASA käyttää EVE MEGS-A -nimistä avaruuslaitetta auringon toiminnan kuvaamiseen. Mutta todettiin tutkimuksessaan, joka julkaistiin Tiede etenee, että sen uusi syväoppimismalli täyttää aukon, jos EVE MEGS-A toimii virheellisesti.
Joten yhdessä Frontier Development Labin kanssa NASA simuloi onnistuneesti auringon observatorion instrumenttia syvän hermoverkkomallin avulla. Koska tämä ratkaisu on reaaliaikainen ja dynaaminen, tämä ratkaisu johtaa nopeaan päätöksentekoon.
Se on elämää mullistava sovellus korkean suorituskyvyn tietojenkäsittelyyn, koska se auttaa astronauteja ja sääntelyvirastoja tekemään vaikuttavia päätöksiä ennen lähestyvää katastrofia.
6. Lentokoneiden tuotanto ja aerodynamiikka
Tehokasta tietojenkäsittelyä voidaan soveltaa myös valmistukseen. Monet teollisuudenalat käyttävät nyt tätä tekniikkaa mallintamaan ja ennustamaan löytämättömien materiaalien käyttäytymistä. Näin se luo portin uusien teollisuusmateriaalien luomiseen.
Laskennallinen nesteiden dynamiikka on yksi alueista, joilla HPC on löytänyt tarkoituksensa. Tuuliturbiinien, ilmailuosien simulointi ja materiaalien lujuuden ennustaminen ovat johtaneet joidenkin elämää muuttavien tuotteiden keksimiseen.
Esimerkiksi AAI on ilmailu- ja puolustusteknologiaorganisaatio, joka mallinnetaan erilaisia ilma -osia laskennallisen nesteen dynamiikan perusteella. AAI: n malli keskittyy kuitenkin kehittämään HPC-optimoituja järjestelmiä turvallisempien lentokoneiden tekemiseksi.
Simulia kehitti myös simulointiohjelmiston, joka käytti laskennallista nestedynamiikkaa lentokoneen dynaamisten risteilyolosuhteiden simuloimiseksi. Simulian ja AAI: n ratkaisut vähentävät tuotantokustannuksia ja aikaa poistamalla fyysisen testauksen tarpeen ja kalliiden materiaalien tuhlauksen.
Korkean suorituskyvyn tietojenkäsittelyn ajotekniikat
Supertietokoneet ja pilvipalvelut ovat HPC -ohjelmien kaksi päävoimaa. Ne tarjoavat tilaa, nopeutta ja skaalautuvuutta.
Aiheeseen liittyviä: Yleisiä myyttejä pilvestä, joka tarvitsee tuhoa
Paikan päällä olevat supertietokoneet eivät ehkä riitä vastaamaan HPC-ohjelmien vaatimaan ajonaikaan, kun ne suurenevat. Ja vaikka pilvipalvelut ovat skaalautuva ja nopeampi vaihtoehto, reunalaskenta on kehittyvä pilviratkaisu, joka saattaa hallita korkean suorituskyvyn tietotekniikkaa tulevaisuudessa.
Mitä haasteita korkean suorituskyvyn tietokoneohjelmien kirjoittamisella on?
HPC -sovelluksia on rajattomasti, ja ne kattavat kaikki elämän osat. Joten kun kehitetään alakohtaisia HPC-ohjelmia, ohjelmoijilla on oltava laaja tietämys tästä aiheesta. Muuten siitä tulee pelottavaa, koska he myös yrittävät selviytyä koodinsa teknisistä ominaisuuksista. Toinen haaste on kuitenkin skaalautuvan ja toteutettavan koodin kirjoittaminen.
Tehokas tietojenkäsittely tuo kuitenkin enemmän kehitystä maailmalle jopa nopeammin kuin luulisi.
Et voi oppia koodaamaan ilmaiseksi. Ellet anna näitä kokeiltuja resursseja, tietysti.
Lue seuraava
- Ohjelmointi
- Lisätty todellisuus
- Koneoppiminen
Idowu on intohimoinen kaikkeen älykkääseen tekniikkaan ja tuottavuuteen. Vapaa -ajallaan hän leikkii koodauksella ja vaihtaa shakkilaudalle, kun on kyllästynyt, mutta hän myös rakastaa irtautumista rutiinista silloin tällöin. Hänen intohimonsa näyttää ihmisille tie modernin tekniikan ympärillä motivoi häntä kirjoittamaan enemmän.
tilaa uutiskirjeemme
Liity uutiskirjeeseemme saadaksesi teknisiä vinkkejä, arvosteluja, ilmaisia e -kirjoja ja ainutlaatuisia tarjouksia!
Klikkaa tästä tilataksesi
