¿Qué es la supercomputación?
La supercomputación es el proceso de utilizar recursos de CPU masivos y redes de alta velocidad para el procesamiento de datos complejos a escala. Ciertos casos de uso, como las simulaciones geocientíficas o el análisis de ADN, requieren el procesamiento simultáneo de miles de millones o incluso billones de puntos de datos en un periodo corto. La tecnología de supercomputación es una forma de computación de alto rendimiento que utiliza cientos o incluso miles de nodos que trabajan en paralelo para resolver problemas complejos en conjunto. Los nodos de supercomputación están altamente optimizados con aceleradores basados en equipo que realizan cálculos, intercambian e integran datos a velocidades que las máquinas comunes no pueden alcanzar.
¿Cuáles son los casos de uso de la supercomputación?
La supercomputación tiene una amplia gama de aplicaciones. Si bien no es una lista exhaustiva, aquí hay una selección de ejemplos que demuestran cómo las empresas utilizan la supercomputación.
Dinámica de fluidos computacional
La dinámica de fluidos computacional (CFD) es el proceso de utilizar modelos matemáticos complejos para rastrear la transferencia de calor, el movimiento de los fluidos, el momento y otros procesos relacionados. Los CFD se basan en la producción rápida de simulaciones completas que la supercomputación es excelente en crear. Por ejemplo, la Fórmula 1 utiliza la tecnología de dinámica de fluidos computacional para probar las propiedades aerodinámicas de los automóviles. Gracias a la supercomputación, pueden simular diferentes detalles al diseñar sus vehículos, lo que reduce el tiempo de comercialización y aumenta la eficiencia.
Investigación genómica
La potencia de procesamiento avanzada de las supercomputadoras es útil para estudiar la estructura, la función y el mapa altamente complejos de los genomas. Los miles de billones de operaciones de punto flotante por segundo que ofrecen las supercomputadoras permiten a los investigadores realizar investigaciones genómicas a gran escala. Como ejemplo del mundo real, la Biblioteca Nacional de Medicina utiliza potentes supercomputadoras para producir el Sequence Read Archive (SRA). La SRA tiene los resultados de secuenciación de más de nueve millones de experimentos y permite a los bioinformáticos analizar su contenido de manera exhaustiva.
Videojuegos
Los ingenieros de juegos deben asegurarse de que los jugadores puedan acceder a sus juegos sin pérdida de paquetes, congestión o pérdida de fotogramas. La supercomputación permite a los desarrolladores mejorar los gráficos, simular la física y renderizar escenarios realistas. Los múltiples procesadores de la computación en la nube ayudan a procesar los datos y ofrecen un alto rendimiento a los jugadores y desarrolladores. Por ejemplo, NICE DCV ofrece escritorios remotos y transmisión de aplicaciones a cualquier dispositivo a través de la nube. Este soporte elimina la necesidad de costosas estaciones de trabajo dedicadas. Al utilizar estas supercomputadoras, los desarrolladores pueden alcanzar un alto rendimiento y, al mismo tiempo, optimizar los costes.
Investigación médica
La investigación médica es la investigación, el desarrollo y la producción de nuevos productos farmacéuticos y químicos. Los recursos de supercomputación brindan a los investigadores la potencia de procesamiento necesaria para investigar billones de puntos de datos a la vez. Las supercomputadoras modernas ayudan en todas partes, desde el modelado molecular hasta la producción de nuevos materiales para la salud humana.
Good Chemistry es un ejemplo de supercomputación en acción. Esta innovadora empresa tiene como objetivo crear un mundo más sostenible mediante la resolución de problemas complejos relacionados con las ciencias de los materiales. Utiliza la supercomputación para simular el desarrollo de nuevas formas de romper los enlaces químicos de las sustancias prefluoroalquílicas y polifluoroalquílicas, que son perjudiciales para la salud humana.
¿Cuáles son las ventajas de la supercomputación?
Las supercomputadoras pueden agrupar recursos para proporcionar miles de billones de operaciones de punto flotante por segundo. Las organizaciones utilizan esta tecnología de supercomputación de alto rendimiento para acceder a los siguientes beneficios.
Aceleración del tiempo de lanzamiento al mercado
La supercomputación apoya la creación de prototipos digitales de nuevos productos complejos, lo que mejora la eficiencia y acelera el tiempo de comercialización en industrias como la farmacéutica, la investigación geotérmica y otros dominios matemáticos. Utiliza el procesamiento paralelo para reducir significativamente el tiempo necesario para completar cálculos complejos y simulaciones físicas. Los cálculos, que generalmente demoran semanas, se completan en una fracción de ese tiempo. Puede aumentar la velocidad de las etapas de investigación y desarrollo mediante la aceleración de las simulaciones.
Adopte IA/ML
Las tecnologías de inteligencia artificial (IA) y machine learning (ML) requieren una potencia computacional masiva para procesar grandes cantidades de datos. Puede utilizar la supercomputación para gestionar el procesamiento de datos de gran volumen, como billones de puntos de datos por segundo, a fin de proporcionar un alto grado de información sobre vastos conjuntos de datos. La supercomputación impulsa la inteligencia artificial y machine learning, lo que permite que esas tecnologías funcionen a escala.
Análisis de macrodatos
La supercomputación puede analizar billones de puntos de datos en una fracción del tiempo que normalmente llevaría. Puede analizar conjuntos de datos masivos, así como realizar operaciones de reconocimiento de patrones, extracción de datos, análisis y otras operaciones de análisis de datos. La supercomputación ayuda a simplificar el análisis de macrodatos en sectores en los que el procesamiento paralelo de millones de datos a la vez es vital, como las finanzas, la investigación científica y la medicina.
Rendimiento más ágil
La supercomputadora típica es mucho más rápida que las computadoras convencionales, ya que las herramientas de TI utilizan recursos de potencialmente miles de procesadores paralelos. Las supercomputadoras son una herramienta indispensable: su mayor rendimiento permite aumentar la velocidad de cualquier proceso relacionado con las computadoras.
¿Cómo funciona la supercomputación?
La supercomputación utiliza clústeres de nodos de cómputo distribuidos en una red conectada. Cada nodo realiza un subconjunto de la misma tarea para que juntos calculen un resultado final complejo. Un clúster de computación de alto rendimiento se compone de cientos o incluso miles de nodos de computación, donde cada nodo contiene aproximadamente de ocho a 128 CPU. A continuación, el middleware de la red conecta estos recursos informáticos con aplicaciones de alto nivel que solicitan potencia de procesamiento según sea necesario.
Nodos
Hay tres tipos de nodos que facilitan el funcionamiento de la mayoría de las supercomputadoras:
Nodo de usuario
El nodo de usuario solicita recursos de la red de computación. Una vez que el usuario final realiza esta solicitud, pasa por el middleware y notifica a todos los nodos del sistema de computación en red.
Nodo de proveedor
Un nodo proveedor proporciona recursos a la red de computación. Cuando reciben una nueva solicitud, comienzan a realizar la tarea. Muchos nodos proveedores permiten el multiprocesamiento simétrico con una capacidad de operaciones por segundo de puntos altos. El middleware recopila y devuelve los resultados.
Nodo de control
El nodo de control actúa como administrador y administra la asignación de todos los recursos del nodo proveedor. El comunicador de middleware se ejecuta en el nodo de control y distribuye las tareas a proveedores específicos.
¿Cuáles son los componentes de un sistema de supercomputación?
Un sistema de supercomputación consta de varios componentes principales que trabajan juntos para ofrecer un alto rendimiento. A continuación se explican los componentes principales.
Interfaz de red
La supercomputación utiliza interfaces de red personalizadas que permiten ejecutar aplicaciones con comunicación entre nodos. Estas interfaces mejoran el rendimiento de la comunicación entre instancias y ayudan a escalar las cargas de trabajo. Estas tecnologías utilizan una combinación de aplicaciones de interfaz de paso de mensajes (MPI) y ML para ofrecer elasticidad bajo demanda.
Protocolo de visualización remota
Las supercomputadoras utilizan un protocolo de visualización remota para que los clientes puedan acceder a las aplicaciones desde los centros de datos o la nube en sus dispositivos. Este protocolo permite ejecutar aplicaciones intensivas de forma remota, ya que transmite la interfaz de usuario a dispositivos más sencillos. Este componente elimina la necesidad de invertir en costosas estaciones de trabajo dedicadas y ofrece implementaciones flexibles.
Herramienta de administración de clústeres
Las herramientas de administración de clústeres le permiten a administrar e implementar clústeres de computación de alto rendimiento. Esta herramienta incluye una interfaz gráfica de usuario simple que le brinda acceso a los recursos que alimentan las redes. Puede utilizar una herramienta de administración de clústeres para enviar consultas, realizar un procesamiento paralelo y administrar eficazmente los clústeres de recursos.
Interfaz unificada
Una interfaz unificada le permite usar servicios nativos en la nube en colaboración con clústeres paralelos. Puede utilizar una interfaz única para enviar trabajos a su red de supercomputadoras o a su infraestructura local. Una interfaz unificada le permite realizar un seguimiento de todos sus recursos informáticos y maximizar el rendimiento de las aplicaciones.
Administración de refrigeración y energía
Los sistemas de supercomputación utilizan potentes sistemas de refrigeración para aumentar la eficiencia energética. Como estos sistemas utilizan una gran cantidad de potencia de computación, necesitan ayuda para enfriarse para no sobrecalentarse. Los sistemas energéticamente eficientes pueden ofrecer un alto rendimiento a la vez que consumen menos recursos.
¿Cómo puede AWS ayudarlo a cumplir sus requisitos de supercomputación?
AWS High-Performance Computing ofrece redes rápidas e infraestructura prácticamente ilimitada, lo que le permite ejecutar simulaciones complejas y cargas de trabajo de aprendizaje profundo en la nube. AWS ofrece un conjunto completo de productos y servicios de HPC para proporcionarle información más rápida, más potencia computacional y escalabilidad ilimitada. Por ejemplo:
- Amazon EC2 UltraClusters lo ayuda a escalar a miles de GPU o aceleradores de machine learning, lo que permite el uso de supercomputadoras bajo demanda.
- NICE DCV ofrece un protocolo de pantalla remota de alto rendimiento con seguridad integral, costes optimizados e implementaciones flexibles en escritorios remotos.
- AWS ParallelCluster actúa como una herramienta de administración de clústeres de código abierto, lo que le permite escalar recursos automáticamente, migrar sin problemas a la nube y administrar fácilmente la infraestructura de clústeres.
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