6 vysokovýkonných počítačových aplikácií, ktoré zmenili svet

Inteligencia trhu v reálnom čase, anatomické modelovanie ľudí, prediktívne priemyselné skúmanie, vesmírna veda a mnoho ďalších ľudské expedície posúvajú súčasný svet do nepredstaviteľnej budúcnosti, a to predovšetkým v dôsledku vysokovýkonných počítačov (HPC).

Napriek tomu, že vyžadujú obrovské zdroje, vysokovýkonné počítačové programy sa stále objavujú, a to vďaka vynálezu superpočítačov a rozsiahlej implementácii cloudových počítačov. Tieto technológie uľahčujú život a podporujú nevyspytateľné rýchle spracovanie údajov.

Niektoré aplikácie HPC redizajnujú, ako vám veda bude v budúcnosti slúžiť. Ale najskôr, čo je to vysokovýkonný výpočtový systém?

Čo sú to vysokovýkonné počítače?

Vysokovýkonné výpočty znamenajú schopnosť systému spracovať obrovské množstvo údajov a rýchlo spustiť komplexné modely. Programy HPC preto vyžadujú obrovský výpočtový výkon na spracovanie terabajtov, petabajtov alebo dokonca zettabajtov údajov v reálnom čase.

HPC sa teda spolieha na princíp výpočtovej techniky, sietí a ukladania dát.

To znamená, že tu sú niektoré pozoruhodné aplikácie vysokovýkonných technológií, ktoré ovplyvnili svet.

1. Prediktívne kardiovaskulárne zdravie

Srdcové zlyhanie je nepochybne život ohrozujúce. A možno jednou z výziev, s ktorými sa stretávame pri pokuse o pochopenie jeho mechanizmov, sú rozdiely v anatomickej reakcii srdca na rôzne podmienky. V dôsledku toho je ťažké predpovedať jeho správanie v reálnom čase.

Našťastie prichádzajú niektoré riešenia založené na HPC.

Napríklad IBMspolu s obranným laboratóriom historicky simulovali homeostatické mechanizmy ľudského srdca na molekulárnej úrovni pomocou jedného z najrýchlejšie superpočítače na svete, Sequoia, v roku 2012.

Využili vysokú výpočtovú rýchlosť Sequioa na vytvorenie škálovateľného modelu s názvom „Cardioid“ na napodobnenie a obnovu ľudského srdca. A na rozdiel od predchádzajúcich programov, ktoré dokázali simulovať iba desať alebo menej úderov srdca, kardioidný program mohol napodobniť tisíce úderov srdca. Navyše bol 300 -krát rýchlejší ako väčšina modelov.

Projekt Cardioid spoločnosti IBM nie je jediným vysoko výkonným počítačovým programom, ktorý prináša revolúciu do zdravia srdca, Dassault Systemes ' Living Heart Project je tiež pozoruhodný.

Môžete teda očakávať, že pred podaním ľuďom sa najskôr otestujú lieky a rôzne režimy na simulovanom srdci. Tieto programy HPC tiež sľubujú zlepšenie kardiovaskulárnych zariadení a umiestnenie orgánov počas operácií.

V roku 2018, Google vyvinul aj model hlbokého učenia ktorá predpovedá riziká kardiovaskulárnych chorôb pomocou počítačového videnia zo skenovaných obrazov sietnice.

Technológia funguje tak, že vyhodnotí očné cievy a potom ich použije na predpovedanie systolického krvného tlaku a identifikáciu ďalších ukazovateľov rizika.

Tento program pomáha včasnému odhaleniu kardiovaskulárnych problémov, čo je kľúčom k ich prevencii.

To znamená, že sa objavujú aj modely simulovaného elektrokardiogramu (EKG), ktoré pomáhajú účinne diagnostikovať ľudí s komorovými anomáliami. V dôsledku toho, zatiaľ čo operácie s otvoreným srdcom sú čoraz úspešnejšie, svet sa uberá smerom k éra, v ktorej sú pacienti a lekári presvedčení o výsledku operácií srdca viac ako kedykoľvek predtým.

Jednou z úspešných aplikácií kardiovaskulárneho modelovania je správa Zdravie CNN 3D simulácie srdca 4-ročného dievčaťa v Detskej nemocnici Nicklaus v roku 2015. Je to fenomenálne, pretože chirurgovia dokázali operovať simulovanú verziu srdca pacienta a predstaviť si najlepšie operačné postupy pred samotnou operáciou.

2. Pochopenie vírusového genómu

Aj keď by vírusový genóm mohol byť sekvenovaný, porozumenie jeho invazívnej patológii v reálnom čase je ťažké, pretože mutuje. Vďaka vysokovýkonnému počítaču sa však prelomové simulácie týchto mechanizmov vyvíjajú. A pomáha rozhodovateľom.

Novším príkladom vysokovýkonnej počítačovej aplikácie je v tomto prípade CSIRO prieskum kompletného genómu COVID-19, ktorý simulovali na superpočítači CSIRO začiatkom roku 2020.

Tím CSIRO Data61 úspešne simuloval mechanizmus väzby COVID-19 na ľudský receptor ACE2.

COVID-19 je aktívne mutujúci vírus. Ale simulácia jeho mechanizmu účinku je dlhá cesta, ktorá pomôže výskumníkom pochopiť väčšinu jeho vyvíjajúceho sa správania. Tento prelom nielenže pomáha vedcom vedieť, kde by sa mala vakcína zamerať na vírusový genóm COVID-19. Je to však aj šablóna pre vývoj prediktívneho správania pre niektoré z najznámejších infekčných agensov, aké kedy boli známe.

V dôsledku toho je vývoj liekov a očkovacích látok v boji proti rôznym infekčným agensom lacnejší, rýchlejší a účinnejší.

Je možné, že to vedcom môže pomôcť identifikovať ľudské supergény, ktoré by dokázali odolávať infekciám.

3. Technológia autonómneho riadenia

Algoritmus potrebný na prevádzku vozidla bez vodiča je komplikovaný a musí spracovať mnoho komplexných výpočtov v reálnom čase. V zásade si autonómny nákladný automobil alebo auto nemôže dovoliť oneskorenie v žiadnej zo svojich funkcií. Na spustenie teda potrebujú vysoko spoľahlivú výpočtovú rýchlosť.

Simulácie nehôd, detekcia prekážok, rýchla a presná reakcia na zmysly sú kľúčovými charakteristikami inteligentnej a bezpečnej navigácie vozidiel bez vodiča.

Účelom vytvárania autonómnych automobilov je samozrejme využiť presnosť hĺbkového učenia na zníženie nehôd na cestách a presné predpovedanie, kadiaľ navigovať.

Technickí a automobiloví giganti, medzi inými Tesla, Waymo, Toyota, Honda, Volkswagen, zintenzívňujú svoje úsilie v testovaní automobilov bez vodiča, ktoré vyhovujú verejným normám bezpečnosti cestnej premávky.

Súvisiace: Volkswagen plánuje do roku 2025 mať na ceste samoriadiace taxíky

Mnoho ľudí je však voči samoriadiacim automobilom skeptických. Ale ak sa táto technológia úspešne implementuje, zmení tvár dopravy. A možno podporíte jazdu na bezpečnejšiu cestu a optimalizovanú spotrebu paliva.

4. Rozšírená realita

S vyvíjajúcimi sa technológiami a pokrokom v oblasti cloud computingu, rozšírená realita, bezpochyby premení fantázie na realizmus.

Rozšírená realita vám môže pomôcť pri výbere a testovaní produktov, ktoré kupujete. Máte pocit, že ich vidíte fyzicky. AR umožňuje otestovať, ako na vás výrobky ako oblečenie a doplnky vyzerajú, než si ich kúpite.

Dokonca sa objavuje aj vo vojenských operáciách. Príkladom je Integrovaný systém vizuálneho zväčšovania (IVAS) spoločnosti Microsoft, ktorý pomáha vojakom vidieť celú ich súradnicu v reálnom čase.

Súvisiace: Aplikácie technológie AR v každodennom živote

V športe môžu hráči dokonca virtuálne trénovať pomocou technológie VR. Ponorenie do virtuálnej reality je tiež vyvíjajúcou sa technológiou, ktorá v budúcnosti podporí realistickejšie vízie.

Do tejto výnosnej vysokovýkonnej výpočtovej technológie investovali okrem iného aj veľké technologické spoločnosti vrátane spoločností Microsoft a Google. A vďaka ďalšiemu pokroku si myslíme, že svet bude zmätený, keď sa televízia a hry rozšíria o realistické krajiny a perspektívy.

5. Monitorovanie slnečného počasia NASA

NASA v roku 2019 využila vysokovýkonné počítače na diaľkové monitorovanie extrémnej ultrafialovej radiačnej povahy slnka, ktorá spôsobuje slnečné erupcie, rušivo slnečného počasia.

Poveternostné podmienky slnečnej sústavy ovplyvňujú štart kozmických lodí, satelitov a slnečných staníc. Na udržanie ľudského prieskumu vo vesmíre a ochranu Zeme je preto nevyhnutné sledovať zmeny slnečného počasia v priebehu času.

A samozrejme, skreslenie slnečného počasia môže rovnako ovplyvniť vysielacie nástroje Zeme, najmä tie, ktoré sú tak či onak závislé na slnečnej sústave.

NASA používa na zachytenie slnečných aktivít vyhradený vesmírny prístroj s názvom EVE MEGS-A. Uvádza sa to však vo svojom výskumnom dokumente uverejnenom dňa Pokroky vo vede, že jeho nový model hlbokého učenia vyplní medzeru v prípade poruchy EVE MEGS-A.

V spojení s Frontier Development Lab NASA úspešne simulovala prístroj na pozorovanie slnka pomocou modelu hlbokých neurónových sietí. Pretože je toto riešenie v reálnom čase a dynamické, má za následok rýchle rozhodovanie.

Ide o aplikáciu vysokovýkonných počítačov, ktorá vám zmení život, pretože pomáha astronautom a regulačným agentúram prijímať rozhodujúce rozhodnutia pred blížiacou sa katastrofou.

6. Letecká výroba a aerodynamika

Vysokovýkonné výpočty sú použiteľné aj vo výrobe. Mnoho odvetví teraz používa túto technológiu na modelovanie a predpovedanie toho, ako sa správajú neobjavené materiály. Vytvára teda bránu do tvorby nových priemyselných materiálov.

Výpočetná dynamika tekutín je jednou z oblastí, kde HPC našla svoj účel. Simulácia veterných turbín, leteckých súčiastok a predikcia pevnosti materiálov viedla k vynálezu niektorých výrobkov, ktoré menia život.

AAI je napríklad organizácia pre technológiu obranného letectva, ktorá modeluje rôzne letecké súčiastky na základe výpočtovej dynamiky tekutín. Model AAI sa však zameriava na vývoj systémov optimalizovaných pre HPC na vytváranie bezpečnejších lietadiel.

Simulia vyvinul tiež simulačný softvér využívajúci výpočtovú dynamiku tekutín na simuláciu podmienok dynamickej plavby lietadla. Riešenia spoločností Simulia a AAI znižujú výrobné náklady a čas tým, že eliminujú potrebu fyzického testovania a plytvanie drahými materiálmi.

Hnacie technológie vysokovýkonných počítačov

Superpočítače a cloud computing sú dve hlavné hnacie sily programov HPC. Ponúkajú priestor, rýchlosť a škálovateľnosť.

Súvisiace: Bežné mýty o cloude, ktoré je potrebné skrachovať

Miestne superpočítače nemusia stačiť na to, aby dobehli runtime požadované programami HPC, pretože sa stupňuje. A hoci je cloud computing škálovateľnou a rýchlejšou alternatívou, edge computing je vyvíjajúce sa cloudové riešenie, ktoré môže v budúcnosti dominovať vysoko výkonným počítačom.

Aké sú niektoré výzvy pri písaní vysokovýkonných počítačových programov?

Aplikácie HPC sú neobmedzené a pokrývajú všetky aspekty života. Pri vývoji programov HPC špecifických pre danú oblasť však musia mať programátori rozsiahle znalosti o tejto oblasti. V opačnom prípade to bude skľučujúce, pretože sa tiež pokúšajú vyrovnať s technickými údajmi svojho kódu. Ďalšou výzvou je však napísať škálovateľný a implementovateľný kód.

To znamená, že vysokovýkonné výpočty prinesú svetu ďalší rozvoj, dokonca skôr, ako by ste si mohli myslieť.

7 najlepších spôsobov, ako sa naučiť kódovať zadarmo

Zadarmo sa nemôžete naučiť kódovať. Pokiaľ tieto vyskúšané a vyskúšané zdroje samozrejme nevyskúšate.

Čítajte ďalej

O autorovi