Что такое суперкомпьютерные вычисления?
Суперкомпьютерные вычисления – это процесс использования огромных ресурсов процессора и высокоскоростной сети для обработки сложных данных при любых масштабах. Некоторые варианты использования, такие как геонаучное моделирование либо анализ ДНК, требуют одновременной обработки миллиардов или даже триллионов точек данных за короткий промежуток времени. Технология суперкомпьютерных вычислений – это модель высокопроизводительных вычислений, в которой используются сотни или даже тысячи узлов, работающих параллельно для совместного решения сложных задач. Суперкомпьютерные узлы тщательно оптимизированы с помощью аппаратных ускорителей, которые выполняют вычисления, обмениваются данными и интегрируют их со скоростями, недостижимыми для обычных машин.
Для чего используют вычисления на суперкомпьютерах?
Суперкомпьютерные вычисления имеют широкий спектр применения. Приведенный ниже список не является исчерпывающим, он только дает общее представление о том, как компании используют суперкомпьютеры.
Вычислительная гидродинамика
Вычислительная гидродинамика (CFD) подразумевает использование сложного математического моделирования для отслеживания теплопередачи, движения жидкости, импульса и других связанных процессов. CFD основывается на быстром создании комплексных симуляций, для создания которых и предназначены суперкомпьютеры. Например, в Формуле-1 технология вычислительной гидродинамики используется для тестирования аэродинамических характеристик болидов. С помощью суперкомпьютерных вычислений при проектировании машин инженеры моделируют разные элементы, сокращая время выхода на рынок и повышая эффективность.
Геномные исследования
Невероятные вычислительные мощности суперкомпьютеров полезны при изучении сверхсложных структур, функций и карт геномов. Квадриллионы операций с плавающей запятой в секунду, которые предлагают суперкомпьютеры, позволяют исследователям проводить масштабные геномные исследования. Например, Национальная медицинская библиотека США на основе мощных суперкомпьютеров создает архив секвенирования генома. Этот архив содержит результаты секвенирования из более чем девяти миллионов экспериментов и позволяет специалистам по биоинформатике всесторонне анализировать их содержимое.
Игры
Игровые инженеры должны обеспечить игрокам доступ к играм без потери пакетов, перегрузки сети и потери кадров. Суперкомпьютеры позволяют разработчикам улучшать графику, моделировать физику и реалистично визуализировать обстановку. Большое число процессоров в облачных вычислениях позволяет быстро обрабатывать данные и обеспечивает высокую производительность, которая нужна игрокам и разработчикам. К примеру, NICE DCV обеспечивает потоковую передачу приложений и удаленных рабочих столов на любое устройство через облако. Такая поддержка позволяет обойтись без дорогостоящих выделенных рабочих станций. Используя суперкомпьютеры, разработчики могут достичь высокой производительности одновременно с оптимизацией затрат.
Медицинские исследования
Медицинские исследования посвящены исследованию, разработке и производству новых фармацевтических препаратов и химических веществ. Суперкомпьютерные ресурсы предоставляют исследователям вычислительную мощность, необходимую для одновременного исследования нескольких триллионов точек данных. Современные суперкомпьютеры помогают во всех областях, от молекулярного моделирования до создания новых материалов для здоровья человека.
Good Chemistry демонстрирует хороший пример применения суперкомпьютеров. Эта инновационная компания стремится сделать мир более экологичным, решая сложные проблемы в сфере науки о материалах. Она применяет моделирование на суперкомпьютерах для разработки новых способов разрыва химических связей пре- и полифторалкильных соединений, вредных для здоровья человека.
В чем преимущества суперкомпьютерных вычислений?
Суперкомпьютеры могут собрать в единый пул ресурсы, достаточные для выполнения квадриллионов операций с плавающей запятой в секунду. Организации используют эту высокопроизводительную суперкомпьютерную технологию для получения следующих преимуществ.
Сокращение времени вывода продуктов на рынок
Суперкомпьютеры выполняют цифровое прототипирование сложных новых продуктов, повышая эффективность и ускоряя выход на рынок в таких отраслях, как фармацевтика, геотермальные исследования и другие области с высокой математической составляющей. Они используют параллельную обработку, которая позволяет значительно ускорить выполнение сложных вычислений и физического моделирования. Расчеты, которые обычно занимают недели, выполняются в несколько раз быстрее. Ускорив моделирование, можно увеличить скорость этапов исследований и разработок.
Применение искусственного интеллекта и машинного обучения
Технологии искусственного интеллекта (ИИ) и машинного обучения (МО) требуют огромных вычислительных мощностей, поскольку подразумевают обработку больших объемов данных. Вы можете применить суперкомпьютеры для обработки больших объемов данных (порядка триллионов точек данных в секунду), чтобы обеспечить высокую степень понимания для огромных наборов данных. Суперкомпьютеры предоставляют фундамент для искусственного интеллекта и машинного обучения, позволяя применять эти технологии в больших масштабах.
Анализ больших данных
Суперкомпьютеры могут анализировать триллионы точек данных в несколько раз быстрее, чем это обычно происходит. Вы можете анализировать большие наборы данных, выполнять распознавание образов, извлечение данных, анализ и другие операции по анализу данных. Суперкомпьютеры помогают оптимизировать анализ больших данных в отраслях, где необходима параллельная обработка миллионов единиц данных одновременно, например в финансовой, научно-исследовательской и медицинской отраслях.
Повышенная производительность
Типичный суперкомпьютер намного быстрее обычных компьютеров, поскольку его ИТ-инфраструктура объединяет ресурсы нескольких тысяч параллельно работающих процессоров. Суперкомпьютеры уже стали незаменимым инструментом, их высокая производительность позволяет ускорить любой вычислительный процесс.
Как выполняются суперкомпьютерные вычисления?
Суперкомпьютеры используют кластеры вычислительных узлов, распределенных в подключенной сети. Каждый узел выполняет подмножество вычислений из одной и той же задачи, которые вместе собираются в общий сложный результат. Высокопроизводительный вычислительный кластер состоит из сотен или даже тысяч вычислительных узлов, от 8 до 128 процессоров на каждом узле. Затем промежуточное ПО сети сопоставляет эти вычислительные ресурсы с приложениями высокого уровня, которые запрашивают вычислительную мощность по мере необходимости.
Узлы
Работу большинства суперкомпьютеров обеспечивают узлы следующих трех типов:
Узел пользователя
Узел пользователя запрашивает ресурсы из вычислительной сети. Когда конечный пользователь направляет такой запрос, он проходит через промежуточное ПО и передается на все узлы в сетевой вычислительной системе.
Узел поставщика
Узел поставщика предоставляет ресурсы вычислительной сети. Получив новый запрос, он немедленно начинает выполнять задание. Большое число узлов поставщика обеспечивает симметричную многопроцессорную обработку с большим числом операций в секунду. Промежуточное ПО сети собирает и возвращает результаты.
Узел управления
Узел управления выступает в роли администратора, управляя распределением ресурсов всех узлов поставщика. На узле управления работает модуль коммуникации промежуточного программного обеспечения, которые распределяет задачи между конкретными поставщиками.
Из каких компонентов состоит суперкомпьютерная система?
Система суперкомпьютера состоит из нескольких основных компонентов, которые вместе обеспечивают высокую производительность. Ниже приведено описание основных компонентов.
Сетевой интерфейс
В суперкомпьютерах используются специализированные сетевые интерфейсы, которые позволяют запускать приложения с возможностью подключения между узлами. Эти интерфейсы повышают производительность обмена данными между инстансами и помогают масштабировать рабочие нагрузки. Эти технологии объединяют интерфейс передачи сообщений (MPI) с приложениями машинного обучения, чтобы обеспечить эластичность по требованию.
Протокол удаленного отображения
Суперкомпьютеры используют протокол удаленного отображения, поэтому клиенты могут обращаться к приложениям из центров обработки данных или к облаку со своих устройств. Этот протокол позволяет удаленно запускать приложения с высокой нагрузкой на оборудование, транслируя пользовательский интерфейс на более простые устройства. Этот компонент избавляет от дорогостоящих выделенных рабочих станций и предоставляет гибкость развертывания.
Средство управления кластерами
Средства управления кластерами позволяют развертывать высокопроизводительные вычислительные кластеры и управлять ими. Через простой графический интерфейс вы сможете получать доступ к ресурсам, на которых основаны решетчатые сети. С помощью средства управления кластерами можно отправлять запросы, выполнять параллельную обработку и эффективно управлять кластерами ресурсов.
Единый интерфейс
Унифицированный интерфейс позволяет использовать оптимизированные для облака сервисы в сотрудничестве с параллельными кластерами. Вы можете использовать единый интерфейс для отправки заданий как в сеть суперкомпьютеров, так и в локальную инфраструктуру. Унифицированный интерфейс позволяет отслеживать все вычислительные ресурсы и добиться максимальной производительности приложений.
Управление охлаждением и питанием
Суперкомпьютерные системы используют мощные системы охлаждения для повышения энергоэффективности. Такие системы потребляют для вычислений большую мощность, поэтому им требуется охлаждение, чтобы избежать перегрева. Энергоэффективные системы позволяют предоставить высокую производительность при меньшем потреблении ресурсов.
Как AWS может помочь удовлетворить ваши требования к суперкомпьютерным вычислениям?
Высокопроизводительные вычисления AWS предоставляют быструю сеть и практически неограниченную инфраструктуру, позволяющие выполнять в облаке сложные симуляции и рабочие нагрузки глубокого обучения. AWS предлагает полный набор продуктов и сервисов для высокопроизводительных вычислений, с которыми вы можете быстро получать аналитические данные, использовать большую вычислительную мощность и неограниченную масштабируемость. Пример
- Кластеры Amazon EC2 UltraClusters позволяют увеличить масштаб развертывания до нескольких тысяч графических процессоров или ускорителей машинного обучения, что по сути означает использование суперкомпьютеров по требованию.
- NICE DCV предлагает высокопроизводительный протокол удаленного отображения с полноценными возможностями по защите, оптимизации затрат и гибкому развертыванию на удаленных рабочих столах.
- AWS ParallelCluster – это инструмент управления кластером с открытым исходным кодом, который поддерживает автоматическое масштабирование ресурсов, беспрепятственный перенос в облако и простое управление кластерной инфраструктурой.
Примените вычислительные ресурсы уровня суперкомпьютеров в AWS, создав бесплатный аккаунт прямо сейчас.
AWS: дальнейшие шаги
Получите мгновенный доступ к уровню бесплатного пользования AWS.
