Marknadsintelligens i realtid, mänsklig anatomisk modellering, prediktiv industriell utforskning, rymdvetenskap och många fler mänskliga expeditioner driver den nuvarande världen in i en ofattbar framtid, inte en liten del på grund av högpresterande datoranvändning (HPC).
Trots att de kräver enorma resurser fortsätter högpresterande datorprogram att rullas ut, tack vare uppfinningen av superdatorer och utbredd implementering av molnberäkning. Dessa teknologier gör livet enkelt och stödjer outgrundlig snabb databehandling.
Vissa tillämpningar av HPC gör om hur vetenskapen kommer att tjäna dig i framtiden. Men först, vad är högpresterande datoranvändning?
Vad är högpresterande datoranvändning?
Högpresterande datoranvändning hänvisar till kapaciteten hos ett system att bearbeta en enorm mängd data och köra komplexa modeller snabbt. HPC-program kräver därför en enorm beräkningskraft för att bearbeta terabyte, petabyte eller till och med zettabyte med data i realtid.
Sålunda förlitar sig HPC på principen om datoranvändning, nätverk och datalagring.
Som sagt, här är några anmärkningsvärda tillämpningar av högpresterande teknik som har påverkat världen.
1. Förutsägande kardiovaskulär hälsa
Utan tvekan är hjärtsvikt livshotande. Och kanske en av utmaningarna när man försöker förstå dess mekanismer är skillnaderna i hjärtats anatomiska reaktion på olika tillstånd. Följaktligen blir det svårt att förutsäga dess beteende i realtid.
Tack och lov kommer några HPC-baserade lösningar upp.
Till exempel simulerade IBM, tillsammans med ett försvarslaboratorium, historiskt det mänskliga hjärtats homeostatiska mekanismer på molekylär nivå med hjälp av en av världens snabbaste superdatorer, Sequoia, 2012.
De utnyttjade Sequioas höga datorhastighet för att bygga en skalbar modell som heter “Cardioid” för att efterlikna och återuppbygga det mänskliga hjärtat. Och till skillnad från tidigare program som bara kunde simulera cirka tio hjärtslag eller lägre, kunde Cardioid-programmet efterlikna tusentals hjärtslag. Dessutom var den 300 gånger snabbare än de flesta modeller.
IBM:s Cardioid-projekt är inte det enda högpresterande datorprogrammet som revolutionerar hjärthälsa, Dassault Systemes Living Heart Project är också ett anmärkningsvärt sådant.
Således kan du förvänta dig att se läkemedel och olika kurer testade på ett simulerat hjärta först innan de ges till människor. Dessa HPC-program lovar också att förbättra kardiovaskulära enheter och organplacering under operationer.
Under 2018 utvecklade Google också en modell för djupinlärning som förutsäger risker för hjärt-kärlsjukdomar med hjälp av datorseende från skannade näthinnabilder.
Tekniken fungerar genom att utvärdera ögonblodkärlen och sedan använda detta för att förutsäga systoliskt blodtryck och identifiera andra riskpekare.
Ett sådant program hjälper till att tidigt upptäcka kardiovaskulära problem, vilket är en nyckel till att förebygga dem.
Som sagt, simulerade elektrokardiogram (EKG) AI-modeller dyker också upp för att hjälpa effektiv diagnos för personer med ventrikulära anomalier. Följaktligen, medan öppna hjärtoperationer blir mer framgångsrika, går världen mot en era där patienter och läkare är mer säkra på resultatet av hjärtoperationer än någonsin tidigare.
En framgångsrik tillämpning av kardiovaskulär modellering är rapporten från CNN Health om 3D-simuleringen av en 4-årig flickas hjärta på Nicklaus Children Hospital 2015. Det är fenomenalt, eftersom kirurger kunde använda en simulerad version av patientens hjärta och föreställa sig de bästa operationsprocedurerna före själva operationen.
2. Förstå det virala genomet
Även om det virala genomet kunde sekvenseras, är det svårt att förstå dess invasiva patologi i realtid eftersom det muterar. Men tack vare högpresterande beräkningar utvecklas banbrytande simuleringar av dessa mekanismer. Och det hjälper beslutsfattare.
Ett nyare exempel på en högpresterande datorapplikation, i det här fallet, är CSIROs utforskning av det kompletta genomet av COVID-19, som de simulerade på en CSIRO-superdator i början av 2020.
CSIRO Data61-teamet simulerade framgångsrikt bindningsmekanismen för COVID-19 till den mänskliga ACE2-receptorn.
COVID-19 är ett aktivt muterande virus. Men en simulering av dess verkningsmekanism går långt för att hjälpa forskare att förstå de flesta av dess utvecklande beteenden. Ett sådant genombrott hjälper inte bara forskare att veta var ett vaccin ska riktas mot ett virusgenom för covid-19. Men det är också en mall för utvecklingen av ett prediktivt beteendemönster för några av de mest ökända smittämnen som någonsin känts.
Följaktligen blir läkemedels- och vaccinutveckling billigare, snabbare och effektivare för att bekämpa olika smittämnen.
Det är möjligt att detta kan hjälpa forskare att identifiera mänskliga supergener som kan motstå infektioner.
3. Autonom körteknik
Algoritmen som krävs för att köra ett förarlöst fordon är komplicerad och den måste bearbeta många komplexa beräkningar i realtid. I grund och botten har en autonom lastbil eller bil inte råd med en eftersläpning i någon av dess funktioner. Därför behöver de en mycket pålitlig datorhastighet för att köra.
Olyckssimuleringar, hinderdetektering, snabb och exakt respons på sinnena är nyckelegenskaperna hos förarlösa fordon för att navigera smart och säkert.
Naturligtvis är syftet med att skapa självkörande bilar att utnyttja noggrannheten i djupinlärning för att minska trafikolyckor och exakt förutsäga var man ska navigera.
Teknik- och biljättar, inklusive Tesla, Waymo, Toyota, Honda, Volkswagen, bland andra, intensifierar sina ansträngningar för att testa förarlösa bilar som uppfyller allmänna trafiksäkerhetsnormer.
Många är dock skeptiska till självkörande bilar. Men den här tekniken, om den implementeras framgångsrikt, kommer att förändra transportens ansikte. Och kanske främja en strävan mot en säkrare väg och optimerad bränsleförbrukning.
4. Augmented Reality
Med utvecklande teknologier och framstegen inom cloud computing kommer augmented reality utan tvekan att förvandla fantasier till realism.
Augmented reality kan hjälpa dig att välja och testa de produkter du köper. Och det känns som att du ser dem fysiskt. AR gör det möjligt att testa hur produkter som kläder och accessoarer ser ut på dig innan du köper dem.
Det dyker till och med upp i militära operationer. Ett exempel är Microsofts Integrated Visual Augmentation System (IVAS), som hjälper soldater att se igenom hela sin koordinat i realtid.
Inom sport kan spelare till och med träna virtuellt med hjälp av VR-teknik. Fördjupning i virtuell verklighet är också en teknologi under utveckling som kommer att främja mer realistiska visioner i framtiden.
Stora teknikföretag, inklusive Microsoft, Google, bland andra, har investerat i detta, vilket ger högpresterande datorteknik. Och med ytterligare framsteg tror vi att världen kommer att bli förbryllad när TV och spel förstärks med realistiska landskap och perspektiv.
5. NASA:s övervakning av solväder
NASA utnyttjade 2019 högpresterande datoranvändning för att på distans övervaka solens extrema ultravioletta strålande natur som orsakar solflammor, som stör solvädret.
Solsystemets väderförhållanden påverkar uppskjutningen av rymdfarkoster, satelliter och solstationer. Därför, för att upprätthålla mänsklig utforskning i rymden och skydda jorden, är det nödvändigt att spåra förändringarna i solvädret över tiden.
Och naturligtvis kan en förvrängning i solvädret i lika hög grad påverka jordens sändande verktyg, särskilt de som är beroende av solsystemet på ett eller annat sätt.
NASA använder ett dedikerat rymdinstrument som heter EVE MEGS-A för att fånga solens aktiviteter. Men uppgav i sin forskningsartikel publicerad på Science Advances, att dess nya modell för djupinlärning kommer att fylla luckan om EVE MEGS-A inte fungerar.
Så i samband med Frontier Development Lab simulerade NASA framgångsrikt solobservatoriets instrument genom en modell för djupa neurala nätverk. Eftersom den är i realtid och dynamisk, resulterar denna lösning i snabbt beslutsfattande.
Det är en livsförändrande tillämpning av högpresterande datoranvändning, eftersom det hjälper astronauter och tillsynsmyndigheter att fatta slagkraftiga beslut inför en annalkande katastrof.
6. Flygplansproduktion och aerodynamik
Högpresterande datoranvändning är också tillämplig på tillverkning. Många industrier använder nu denna teknik för att modellera och förutsäga hur oupptäckta material beter sig. Således skapar det en inkörsport till skapandet av nya industriella material.
Computational fluid dynamics är ett av de områden där HPC har hittat sitt syfte. Simuleringen av vindturbiner, flygdelar och förutsägelsen av hållfastheten hos material har lett till uppfinningen av några livsförändrande produkter.
AAI, till exempel, är en organisation för flygförsvarsteknologi som modellerar olika flygdelar baserade på beräkningsvätskedynamik. AAI:s modell fokuserar dock på att utveckla HPC-optimerade system för att göra säkrare flygplan.
Simulia utvecklade också simuleringsprogram som använder beräkningsvätskedynamik för att simulera de dynamiska kryssningsförhållandena för ett flygplan. Simulia och AAI:s lösningar minskar produktionskostnader och tid genom att eliminera behovet av fysiska tester och slöseri med dyra material.
Drivteknikerna för högpresterande datoranvändning
Superdatorer och cloud computing är de två stora drivkrafterna för HPC-program. De erbjuder utrymme, hastighet och skalbarhet.
Lokala superdatorer kan vara otillräckliga för att hinna med den körtid som krävs av HPC-program när den skalas upp. Och medan cloud computing är ett skalbart och snabbare alternativ, är edge computing en molnlösning i utveckling som kan dominera högpresterande datoranvändning i framtiden.
Vilka är några utmaningar med att skriva högpresterande datorprogram?
Tillämpningarna av HPC är obegränsade, och de sträcker sig över alla aspekter av livet. Så när programmerare utvecklar fältspecifika HPC-program måste de ha en enorm kunskap om det området. Annars blir det skrämmande, eftersom de också försöker hantera det tekniska i sin kod. En annan utmaning är dock hur man skriver skalbar och implementerbar kod.
Som sagt, högpresterande datoranvändning kommer att ge mer utveckling till världen, till och med snabbare än du kanske tror.
Om författaren
Idowu Omisola (124 artiklar publicerade)
Idowu brinner för allt smart teknik och produktivitet. I hans free tid, han leker med kodning och byter till schackbrädet när han har tråkigt, men han älskar också att bryta sig loss från rutinen då och då. Hans passion för att visa människor vägen runt modern teknik motiverar honom att skriva mer.
Mer från Idowu Omisola
Prenumerera på vårt nyhetsbrev
Gå med i vårt nyhetsbrev för tekniska tips, recensioner, free e-böcker och exklusiva erbjudanden!
Klicka här för att prenumerera
