Tržna inteligenca v realnem času, človeško anatomsko modeliranje, napovedno industrijsko raziskovanje, vesoljska znanost in še veliko več človeške odprave vodijo sedanji svet v nepredstavljivo prihodnost, kar je v veliki meri posledica visokozmogljivega računalništva (HPC).
Kljub temu, da zahtevajo ogromna sredstva, se visoko zmogljivi računalniški programi še naprej razvijajo, zahvaljujoč izumu superračunalnikov in razširjeni implementaciji računalništva v oblaku. Te tehnologije olajšajo življenje in podpirajo nedokučljivo hitro obdelavo podatkov.
Nekatere aplikacije HPC preoblikujejo, kako vam bo znanost služila v prihodnosti. Toda najprej, kaj je visokozmogljivo računalništvo?
Kaj je visokozmogljivo računalništvo?
Računalništvo z visoko zmogljivostjo se nanaša na zmogljivost sistema, da obdeluje ogromno podatkov in hitro izvaja kompleksne modele. Programi HPC zato zahtevajo ogromno računalniško moč za obdelavo terabajtov, petabajtov ali celo zetabajtov podatkov v realnem času.
Tako se HPC opira na načelo računalništva, mreženja in shranjevanja podatkov.
Kljub temu je tukaj nekaj opaznih aplikacij visokozmogljive tehnologije, ki so vplivale na svet.
1. Predvidljivo zdravje srca in ožilja
Nedvomno je srčno popuščanje smrtno nevarno. Morda je eden od izzivov, s katerimi se soočamo pri poskusu razumevanja njegovih mehanizmov, razlike v anatomskem odzivu srca na različna stanja. Posledično je težko napovedati njegovo vedenje v realnem času.
Na srečo prihajajo nekatere rešitve, ki temeljijo na HPC.
Na primer, IBMskupaj z obrambnim laboratorijem zgodovinsko simuliral homeostatske mehanizme človeškega srca na molekularni ravni z uporabo enega od najhitrejši superračunalniki na svetu, Sequoia, leta 2012.
Izkoristili so visoko računalniško hitrost Sequioe za izdelavo razširljivega modela, imenovanega "Cardioid", ki je posnemal in obnovil človeško srce. Za razliko od prejšnjih programov, ki bi lahko simulirali le približno deset srčnih utripov ali manj, bi lahko program Cardioid posnemal na tisoče srčnih utripov. Poleg tega je bil 300 -krat hitrejši od večine modelov.
IBM-ov kardioidni projekt ni edini visoko zmogljiv računalniški program, ki revolucionira zdravje srca, Dassault Systemes ' Pomemben je tudi projekt Living Heart.
Tako lahko pričakujete, da boste na simuliranem srcu najprej preizkusili zdravila in različne režime, preden jih boste dali ljudem. Ti programi HPC obljubljajo tudi izboljšanje kardiovaskularnih naprav in postavitev organov med operacijami.
Leta 2018, Google je razvil tudi model globokega učenja ki z uporabo računalniškega vida s skeniranih slik mrežnice napoveduje tveganja za bolezni srca in ožilja.
Tehnologija deluje tako, da oceni očesne krvne žile in jih nato uporabi za napovedovanje sistoličnega krvnega tlaka in identifikacijo drugih kazalnikov tveganja.
Tak program pomaga zgodnje odkrivanje srčno -žilnih težav, kar je ključ do njihovega preprečevanja.
Ob tem se pojavljajo tudi modeli AI s simuliranim elektrokardiogramom (EKG), ki pomagajo pri učinkoviti diagnozi pri ljudeh z ventrikularnimi anomalijami. Posledično so operacije na odprtem srcu vse bolj uspešne, svet pa se približuje obdobje, ko so bolniki in zdravniki bolj prepričani v izid operacij srca kot kdaj koli prej.
Ena uspešna uporaba kardiovaskularnega modeliranja je poročilo avtorja Zdravje CNN 3D simulacije srca 4-letne deklice v otroški bolnišnici Nicklaus leta 2015. To je fenomenalno, saj so kirurgi lahko operirali simulirano različico bolnikovega srca in pred operacijo predvideli najboljše operativne postopke.
2. Razumevanje virusnega genoma
Čeprav bi lahko virusni genom sekvencirali, je razumevanje njegove invazivne patologije v realnem času težko, saj mutira. Toda zahvaljujoč visoko zmogljivemu računalništvu se razvijajo revolucionarne simulacije teh mehanizmov. In pomaga odločevalcem.
V tem primeru je novejši primer visoko zmogljive računalniške aplikacije CSIRO raziskovanje celotnega genoma COVID-19, ki so ga simulirali na superračunalniku CSIRO v začetku leta 2020.
Ekipa CSIRO Data61 je uspešno simulirala mehanizem vezave COVID-19 na človeški receptor ACE2.
COVID-19 je aktivno mutirajoč virus. Toda simulacija njegovega mehanizma delovanja je daleč v pomoč raziskovalcem pri razumevanju večine razvijajočega se vedenja. Takšen preboj znanstvenikom ne pomaga le vedeti, kam naj bi cepivo ciljalo na virusni genom COVID-19. Je pa tudi predloga za razvoj napovednega vedenjskega vzorca za nekatere najbolj znane povzročitelje nalezljivih bolezni doslej.
Posledično je razvoj zdravil in cepiv cenejši, hitrejši in učinkovitejši v boju proti različnim povzročiteljem bolezni.
Možno je, da bi to lahko pomagalo znanstvenikom pri prepoznavanju človeških super genov, ki bi se lahko uprli okužbam.
3. Tehnologija avtonomne vožnje
Algoritem, potreben za upravljanje vozila brez voznika, je zapleten in mora v realnem času obdelati številne zapletene izračune. V bistvu si avtonomni tovornjak ali avtomobil ne more privoščiti zaostanka v nobeni od svojih funkcionalnosti. Zato za delovanje potrebujejo zelo zanesljivo računalniško hitrost.
Simulacije nesreč, odkrivanje ovir, hiter in natančen odziv na čute so ključne značilnosti vozil brez voznika za pametno in varno krmarjenje.
Seveda je namen ustvarjanja samovozečih avtomobilov povečati natančnost poglobljenega učenja za zmanjšanje prometnih nesreč in natančno napovedati, kam se bomo krmarili.
Tehnološki in avtomobilski velikani, med drugim Tesla, Waymo, Toyota, Honda, Volkswagen, si intenzivirajo prizadevanja za preizkušanje avtomobilov brez voznika, ki ustrezajo standardom javne varnosti v cestnem prometu.
Povezano: Volkswagen načrtuje, da bodo do leta 2025 na cesti imeli samovozeče taksije
Mnogi ljudje so skeptični glede samovozečih avtomobilov. Toda, če bo ta tehnologija uspešno spremenjena, bo spremenila podobo prometa. In morda spodbuditi vožnjo proti varnejši cesti in optimizirani porabi goriva.
4. Povečana resničnost
Z razvijajočimi se tehnologijami in napredkom v računalništvu v oblaku bo obogatena resničnost nedvomno spremenila fantazije v realizem.
Razširjena resničnost vam lahko pomaga izbrati in preizkusiti izdelke, ki jih kupujete. In zdi se, kot da jih vidiš fizično. AR vam omogoča, da pred nakupom preizkusite, kako na vas izgledajo izdelki, kot so oblačila in dodatki.
Pojavlja se celo v vojaških operacijah. Primer je Microsoftov integriran sistem vizualnega povečanja (IVAS), ki vojakom pomaga videti skozi celotno koordinato v realnem času.
Povezano: Uporaba AR tehnologije v vsakdanjem življenju
V športu lahko igralci celo trenirajo skoraj z uporabo tehnologije VR. Potopitev v virtualno resničnost je tudi razvijajoča se tehnologija, ki bo v prihodnosti spodbujala bolj realistične vizije.
Velika tehnološka podjetja, med drugim Microsoft, Google, so vlagala v to visoko zmogljivo računalniško tehnologijo. Z nadaljnjim napredkom mislimo, da bo svet zmeden, ko bosta televizija in igre na srečo dopolnjena z realističnimi pokrajinami in perspektivami.
5. NASA -jevo spremljanje sončnega vremena
NASA je leta 2019 s pomočjo visokozmogljivega računalništva na daljavo spremljala ekstremno ultravijolično obsevanje narave sonca, ki povzroča sončne izbruhe, ki motijo sončno vreme.
Vremenske razmere v sončnem sistemu vplivajo na izstrelitev vesoljskih plovil, satelitov in sončnih postaj. Zato je za vzdrževanje človekovega raziskovanja vesolja in zaščito zemlje potrebno spremljati spremembe sončnega vremena skozi čas.
Seveda pa lahko izkrivljanje sončnega vremena enako vpliva na zemeljske oddajnike, zlasti tiste, ki so tako ali drugače odvisni od sončnega sistema.
NASA uporablja namenski vesoljski instrument, imenovan EVE MEGS-A, za zajemanje sončnih dejavnosti. Toda navedeno v svojem raziskovalnem prispevku, objavljenem dne Znanstveni napredek, da bo njegov novi model poglobljenega učenja zapolnil vrzel v primeru okvare EVE MEGS-A.
Tako je NASA skupaj z laboratorijem za razvoj meja uspešno simulirala instrument za opazovanje sonca z modelom globokih nevronskih mrež. Ker je v realnem času in dinamična, ima ta rešitev hitrejše odločanje.
To je življenjsko pomembna uporaba visokozmogljivega računalništva, saj astronavtom in regulativnim agencijam pomaga pri sprejemanju odločilnih odločitev pred bližajočo se katastrofo.
6. Proizvodnja letal in aerodinamika
Visokozmogljivo računalništvo velja tudi za proizvodnjo. Mnoge industrije zdaj uporabljajo to tehnologijo za modeliranje in napovedovanje obnašanja neodkritih materialov. Tako ustvarja vrata za ustvarjanje novih industrijskih materialov.
Računalniška dinamika tekočin je eno od področij, kjer je HPC našel svoj namen. Simulacija vetrnih turbin, letalskih delov in napoved trdnosti materialov so privedle do izuma nekaterih izdelkov, ki spreminjajo življenje.
AAI je na primer organizacija za vesoljsko obrambno tehnologijo, ki modelira različne letalske dele na podlagi računalniške dinamike tekočin. Model AAI pa se osredotoča na razvoj sistemov, optimiziranih za HPC, za izdelavo varnejših letal.
Simulia razvil tudi simulacijsko programsko opremo z uporabo računske dinamike fluida za simulacijo dinamičnih pogojev križarjenja letala. Rešitve Simulia in AAI zmanjšujejo proizvodne stroške in čas z izkoreninjenjem potrebe po fizikalnem preskušanju in zapravljanju dragih materialov.
Pogonske tehnologije visokozmogljivega računalništva
Superračunalniki in računalništvo v oblaku sta dve glavni gonilni sili programov HPC. Ponujajo prostor, hitrost in razširljivost.
Povezano: Pogosti miti o oblaku, ki jih je treba odpraviti
Lokalni superračunalniki morda ne bodo zadoščali za povečanje časa delovanja, ki ga zahtevajo programi HPC, ko se povečuje. Medtem ko je računalništvo v oblaku prilagodljiva in hitrejša alternativa, robno računalništvo je razvijajoča se rešitev v oblaku, ki bi lahko v prihodnosti prevladovala nad visoko zmogljivimi računalniki.
Kateri so nekateri izzivi pri pisanju visokozmogljivih računalniških programov?
Uporaba HPC je neomejena in zajema vse vidike življenja. Zato morajo programerji pri razvoju programov HPC za določeno področje imeti veliko znanja o tem področju. V nasprotnem primeru postane zastrašujoče, saj se poskušajo spoprijeti tudi s tehničnimi značilnostmi svoje kode. Drug izziv pa je, kako napisati prilagodljivo in izvedljivo kodo.
Kljub temu bo visokozmogljivo računalništvo prineslo svetu več razvoja, še prej, kot si mislite.
Kodiranja se ne morete naučiti brezplačno. Če seveda ne preizkusite teh preizkušenih virov.
Preberite Naprej
- Programiranje
- Povečana resničnost
- Strojno učenje
Idowu je navdušen nad vsemi pametnimi tehnologijami in produktivnostjo. V prostem času se igra s kodiranjem in se, ko mu je dolgčas, preklopi na šahovsko tablo, rad pa se tudi občasno odtrga od rutine. Njegova strast, da ljudem pokaže pot okoli sodobne tehnologije, ga motivira, da piše več.
Naročite se na naše novice
Pridružite se našemu glasilu za tehnične nasvete, ocene, brezplačne e -knjige in ekskluzivne ponudbe!
Kliknite tukaj, če se želite naročiti