Informații de piață în timp real, modelare anatomică umană, explorare industrială predictivă, știință spațială și multe altele expedițiile umane conduc lumea actuală într-un viitor inimaginabil, datorat în mare parte calculului performant (HPC).
Deși necesită resurse enorme, programele de calcul de înaltă performanță continuă să se desfășoare, datorită invenției supercomputerelor și implementării pe scară largă a cloud computingului. Aceste tehnologii ușurează viața, susținând prelucrarea rapidă a datelor de neînțeles.
Unele aplicații ale HPC redesenează modul în care știința vă va servi în viitor. Dar mai întâi, ce este calculul performant?
Ce este calculul de înaltă performanță?
Calculul de înaltă performanță se referă la capacitatea unui sistem de a procesa o cantitate enormă de date și de a rula rapid modele complexe. Prin urmare, programele HPC necesită o mare putere de calcul pentru a procesa terabyți, petabytes sau chiar zettabytes de date în timp real.
Astfel, HPC se bazează pe principiul calculului, rețelelor și stocării datelor.
Acestea fiind spuse, iată câteva aplicații notabile ale tehnologiei performante care au influențat lumea.
1. Sănătatea cardiovasculară predictivă
Fără îndoială, insuficiența cardiacă pune viața în pericol. Și poate că una dintre provocările cu care se confruntă în timp ce încearcă să-i înțeleagă mecanismele este diferențele în răspunsul anatomic al inimii la diferite condiții. În consecință, devine dificil să-și prezică comportamentul în timp real.
Din fericire, apar câteva soluții bazate pe HPC.
De exemplu, IBM, împreună cu un laborator de apărare, au simulat istoric mecanismele homeostatice ale inimii umane la nivel molecular folosind unul dintre cele mai rapide supercomputere din lume, Sequoia, în 2012.
Ei au valorificat viteza de calcul înaltă a lui Sequioa pentru a construi un model scalabil numit „Cardioid” pentru a imita și reconstrui inima umană. Și spre deosebire de programele anterioare care ar putea simula doar aproximativ zece bătăi de inimă sau mai mici, programul Cardioid ar putea imita mii de bătăi de inimă. În plus, a fost de 300 de ori mai rapid decât majoritatea modelelor.
Proiectul IBM Cardioid nu este singurul program de calcul de înaltă performanță care revoluționează sănătatea cardiacă, Dassault Systemes ' Proiectul Living Heart este, de asemenea, unul notabil.
Astfel, vă puteți aștepta să vedeți mai întâi medicamente și diferite regimuri testate pe o inimă simulată înainte de a fi administrate oamenilor. Aceste programe HPC promit, de asemenea, să îmbunătățească dispozitivele cardiovasculare și plasarea organelor în timpul operațiilor.
În 2018, Google a dezvoltat, de asemenea, un model de învățare profundă care prezice riscurile bolilor cardiovasculare folosind vederea computerizată din imagini de retină scanate.
Tehnologia funcționează prin evaluarea vaselor de sânge oculare și apoi folosind aceasta pentru a prezice tensiunea arterială sistolică și a identifica alți indicatori de risc.
Un astfel de program ajută la detectarea timpurie a problemelor cardiovasculare, care este o cheie pentru prevenirea lor.
Acestea fiind spuse, modelele simulate de electrocardiogramă (ECG) AI apar, de asemenea, pentru a ajuta la diagnosticarea eficientă a persoanelor cu anomalii ventriculare. În consecință, în timp ce operațiile cu inimă deschisă au tot mai mult succes, lumea se îndreaptă spre o epoca în care pacienții și medicii sunt mai încrezători decât oricând în rezultatul operațiilor cardiace.
O aplicație de succes a modelării cardiovasculare este raportul de Sănătatea CNN simulării 3D a inimii unei fete de 4 ani la Spitalul de Copii Nicklaus în 2015. Acest lucru este fenomenal, deoarece chirurgii au reușit să opereze o versiune simulată a inimii pacientului și să aibă în vedere cele mai bune proceduri operaționale înainte de operația efectivă.
2. Înțelegerea genomului viral
Deși genomul viral ar putea fi secvențiat, înțelegerea patologiei sale invazive în timp real este dificilă deoarece mutează. Dar, grație calculului de înaltă performanță, simulările inovatoare ale acestor mecanisme evoluează. Și ajută factorii de decizie.
Un exemplu mai recent al unei aplicații de calcul performante, în acest caz, este CSIRO explorarea genomului complet COVID-19, pe care l-au simulat pe un supercomputer CSIRO la începutul anului 2020.
Echipa CSIRO Data61 a simulat cu succes mecanismul de legare a COVID-19 la receptorul ACE2 uman.
COVID-19 este un virus care se mută activ. Dar o simulare a mecanismului său de acțiune ajută cercetătorii să înțeleagă majoritatea comportamentelor sale în evoluție. O astfel de descoperire nu doar îi ajută pe oamenii de știință să știe unde un vaccin ar trebui să vizeze un genom viral COVID-19. Dar este, de asemenea, un șablon pentru dezvoltarea unui model comportamental predictiv pentru unii dintre cei mai cunoscuți agenți infecțioși cunoscuți vreodată.
În consecință, dezvoltarea de medicamente și vaccinuri devine mai ieftină, mai rapidă și mai eficientă în combaterea diferiților agenți infecțioși.
Este posibil ca acest lucru să îi ajute pe oamenii de știință să identifice super-genele umane care ar putea rezista infecțiilor.
3. Tehnologie de conducere autonomă
Algoritmul necesar pentru operarea unui vehicul fără șofer este complicat și trebuie să proceseze multe calcule complexe în timp real. În esență, un camion sau o mașină autonomă nu își poate permite un decalaj în niciuna dintre funcționalitățile sale. Astfel, au nevoie de o viteză de calcul extrem de fiabilă pentru a rula.
Simulările de accidente, detectarea obstacolelor, răspunsul rapid și precis la simțuri sunt caracteristicile cheie ale vehiculelor fără șofer pentru a naviga inteligent și în siguranță.
Desigur, scopul creării de mașini cu conducere automată este de a valorifica acuratețea învățării profunde pentru a reduce accidentele rutiere și pentru a prezice cu precizie pe unde să navigați.
Giganții tehnologici și auto, inclusiv Tesla, Waymo, Toyota, Honda, Volkswagen, printre altele, își intensifică eforturile pentru a testa mașinile fără șofer care respectă standardele de siguranță rutieră publice.
Legate de: Volkswagen intenționează să aibă taxiuri cu conducere autonomă pe drum până în 2025
Cu toate acestea, mulți oameni sunt sceptici cu privire la mașinile care conduc singuri. Dar această tehnologie, dacă va fi implementată cu succes, va schimba fața transportului. Și poate încurajați un drum spre un drum mai sigur și un consum optimizat de combustibil.
4. Realitate augmentată
Cu tehnologiile în evoluție și progresele în cloud computing, realitatea augmentată, fără îndoială, va transforma fanteziile în realism.
Realitatea augmentată vă poate ajuta să alegeți și să testați produsele pe care le cumpărați. Și se pare că îi vezi fizic. AR face posibilă testarea aspectului produselor precum hainele și accesoriile înainte de a le cumpăra.
Chiar apare în operațiuni militare. Un exemplu este Sistemul integrat de augmentare vizuală a Microsoft (IVAS), care ajută soldații să vadă prin întreaga lor coordonată în timp real.
Legate de: Aplicații ale tehnologiei AR în viața de zi cu zi
În sport, jucătorii se pot antrena chiar folosind tehnologia VR. Imersiunea în realitatea virtuală este, de asemenea, o tehnologie în evoluție care va încuraja viziuni mai realiste în viitor.
Companiile mari de tehnologie, inclusiv Microsoft, Google, printre altele, au investit în această tehnologie de calcul performantă. Și cu progrese mai mari, credem că lumea va fi nedumerită atunci când televiziunea și jocurile vor deveni mărite cu peisaje și perspective realiste.
5. Monitorizarea vremii solare a NASA
NASA, în 2019, a folosit computerul de înaltă performanță pentru a monitoriza de la distanță natura iradiantă ultravioletă extremă a soarelui care provoacă erupții solare, perturbatorul vremii solare.
Starea vremii sistemului solar influențează lansarea navelor spațiale, a sateliților și a stațiilor solare. Prin urmare, pentru a susține explorarea umană în spațiu și a proteja pământul, este necesar să urmărim schimbările vremii solare în timp.
Și, bineînțeles, o distorsiune a vremii solare poate afecta în egală măsură utilitățile de transmisie ale Pământului, în special cele care depind într-un fel sau altul de sistemul solar.
NASA folosește un instrument spațial dedicat numit EVE MEGS-A pentru a surprinde activitățile soarelui. Dar afirmat în lucrarea sa de cercetare publicată pe Progrese științifice, că noul său model de învățare profundă va umple golul dacă EVE MEGS-A funcționează defectuos.
Deci, împreună cu Frontier Development Lab, NASA a simulat cu succes instrumentul de observare a soarelui printr-un model de rețele neuronale profunde. Deoarece este în timp real și dinamic, această soluție are ca rezultat luarea de decizii rapide.
Aceasta este o aplicație care schimbă viața computerului de înaltă performanță, deoarece ajută astronauții și agențiile de reglementare să ia decizii de impact înainte de un dezastru iminent.
6. Producția de aeronave și aerodinamica
Calculul de înaltă performanță se aplică și fabricării. Multe industrii folosesc acum această tehnologie pentru a modela și prezice modul în care se comportă materialele nedescoperite. Astfel, creează o poartă către crearea de noi materiale industriale.
Dinamica computațională a fluidelor este unul dintre domeniile în care HPC și-a găsit scopul. Simularea turbinelor eoliene, a pieselor de aviație și predicția rezistenței materialelor a condus la inventarea unor produse care schimbă viața.
AAI, de exemplu, este o organizație de tehnologie de apărare aerospațială care modelează diverse piese aeriene bazate pe dinamica calculată a fluidelor. Cu toate acestea, modelul AAI se concentrează pe dezvoltarea sistemelor optimizate HPC pentru a face avioane mai sigure.
Simulia a dezvoltat, de asemenea, software de simulare care utilizează dinamica de calcul a fluidelor pentru a simula condițiile dinamice de croazieră ale unei aeronave. Soluțiile Simulia și AAI reduc costurile de producție și timpul, eliminând nevoia de testare fizică și risipa de materiale scumpe.
Tehnologiile de conducere ale calculelor de înaltă performanță
Supercomputerele și cloud computing sunt cele două forțe principale ale programelor HPC. Acestea oferă spațiu, viteză și scalabilitate.
Legate de: Mituri comune despre nor care trebuie distruse
Supercomputerele la fața locului pot fi insuficiente pentru a ajunge la timpul de execuție cerut de programele HPC pe măsură ce crește. Și, deși cloud computing este o alternativă scalabilă și mai rapidă, calcul de margine este o soluție cloud în evoluție care ar putea domina calculul de înaltă performanță în viitor.
Care sunt unele provocări ale scrierii de programe de calcul de înaltă performanță?
Aplicațiile HPC sunt nelimitate și acoperă toate aspectele vieții. Deci, în timp ce dezvoltă programe HPC specifice domeniului, programatorii trebuie să aibă cunoștințe vaste despre acest domeniu. În caz contrar, devine descurajant, deoarece încearcă, de asemenea, să facă față tehnicităților codului lor. O altă provocare, cu toate acestea, este cum se scrie cod scalabil și implementabil.
Acestea fiind spuse, calculul de înaltă performanță va aduce mai multă dezvoltare lumii, chiar mai repede decât ați putea crede.
Nu puteți învăța să codificați gratuit. Cu excepția cazului în care dați aceste resurse încercate, desigur.
Citiți în continuare
- Programare
- Realitate augmentată
- Învățare automată
Idowu este pasionat de orice tehnologie inteligentă și productivitate. În timpul liber, se joacă cu codificarea și trece la tabla de șah când se plictisește, dar îi place, de asemenea, să se rupă de rutină din când în când. Pasiunea sa pentru a arăta oamenilor calea în jurul tehnologiei moderne îl motivează să scrie mai multe.
Aboneaza-te la newsletter-ul nostru
Alăturați-vă newsletter-ului pentru sfaturi tehnice, recenzii, cărți electronice gratuite și oferte exclusive!
Faceți clic aici pentru a vă abona