Cos'è il supercalcolo?
Il supercalcolo è il processo che utilizza enormi risorse di CPU e reti ad alta velocità per l'elaborazione di dati complessi su larga scala. Alcuni casi d'uso, come le simulazioni geoscientifiche o l'analisi del DNA, richiedono l'elaborazione simultanea di miliardi o addirittura trilioni di punti dati in un breve lasso di tempo. La tecnologia del supercomputing è una forma di elaborazione ad alte prestazioni che utilizza centinaia o addirittura migliaia di nodi che lavorano in parallelo per risolvere insieme problemi complessi. I nodi di supercomputing sono altamente ottimizzati, con acceleratori basati su hardware che eseguono calcoli e scambi e integrano dati a velocità non raggiungibili dalle macchine ordinarie.
Quali sono i casi d'uso del grid computing?
Il supercalcolo ha un'ampia gamma di applicazioni. Sebbene non sia un elenco esaustivo, ecco una selezione di esempi che dimostrano come le aziende utilizzano il supercalcolo.
Fluidodinamica computazionale
La fluidodinamica computazionale (CFD) è il processo di utilizzo di modelli matematici complessi per tracciare il trasferimento di calore, il movimento dei fluidi, la quantità di moto e altri processi correlati. Il CFD si basa sulla produzione rapida di simulazioni complete che il supercalcolo eccelle nella creazione. Ad esempio, la Formula 1 utilizza la tecnologia fluidodinamica computazionale per testare le proprietà aerodinamiche delle auto. Utilizzando il supercalcolo, possono simulare diversi dettagli durante la progettazione dei veicoli, riducendo i tempi di commercializzazione e aumentando l'efficienza.
Ricerca genomica
La potenza di elaborazione avanzata dei supercomputer è utile per studiare la struttura, la funzione e la mappa altamente complesse dei genomi. I quadrilioni di operazioni in virgola mobile al secondo offerte dai supercomputer consentono ai ricercatori di condurre ricerche genomiche su larga scala. Come esempio reale, la National Library of Medicine utilizza potenti supercomputer per produrre il Sequence Read Archive (SRA). L'SRA ha i risultati del sequenziamento di oltre nove milioni di esperimenti e consente ai bioinformatici di analizzarne i contenuti in modo completo.
Videogiochi
Gli ingegneri di gioco devono garantire che i giocatori possano accedere ai loro giochi senza perdita di pacchetti, congestione o perdita di frame. Il supercalcolo consente agli sviluppatori di migliorare la grafica, simulare la fisica e renderizzare impostazioni realistiche. I processori multipli del cloud computing aiutano a elaborare i dati e a fornire prestazioni elevate a giocatori e sviluppatori. Ad esempio, NICE DCV offre desktop remoti e streaming di applicazioni su qualsiasi dispositivo tramite il cloud. Questo supporto elimina la necessità di costose workstation dedicate. Utilizzando questi supercomputer, gli sviluppatori possono raggiungere prestazioni elevate ottimizzando i costi.
Ricerca medica
La ricerca medica è la ricerca, lo sviluppo e la produzione di nuovi prodotti farmaceutici e chimici. Le risorse di supercalcolo offrono ai ricercatori la potenza di elaborazione necessaria per analizzare migliaia di miliardi di punti dati contemporaneamente. I moderni supercomputer aiutano ovunque, dalla modellazione molecolare alla produzione di nuovi materiali per la salute umana.
Good Chemistry è un esempio di supercalcolo in azione. Questa azienda innovativa mira a creare un mondo più sostenibile risolvendo problemi complessi legati alle scienze dei materiali. Utilizza il supercalcolo per simulare lo sviluppo di nuovi modi di rompere i legami chimici delle sostanze pre- e polifluoroalchiliche, che sono dannose per la salute umana.
Quali sono i vantaggi del supercalcolo?
I supercomputer possono mettere in comune le risorse per fornire quadrilioni di operazioni in virgola mobile al secondo. Le organizzazioni utilizzano questa tecnologia di supercalcolo ad alte prestazioni per accedere ai seguenti vantaggi.
Time-to-market accelerato
Il supercalcolo supporta la prototipazione digitale di nuovi prodotti complessi, migliorando l'efficienza e accelerando il time-to-market in settori come quello farmaceutico, la ricerca geotermica e altri settori matematici. Utilizza l'elaborazione parallela per ridurre significativamente il tempo necessario per completare calcoli complessi e simulazioni fisiche. I calcoli che generalmente richiedono settimane vengono completati in una frazione di quel tempo. Puoi aumentare la velocità delle fasi di ricerca e sviluppo accelerando le simulazioni.
Adozione di IA/ML
Le tecnologie di intelligenza artificiale (IA) e machine learning (ML) richiedono un'enorme potenza di calcolo per elaborare grandi quantità di dati. È possibile utilizzare il supercalcolo per gestire l'elaborazione di dati ad alto volume, come trilioni di punti dati al secondo, per fornire un elevato grado di informazioni su vasti set di dati. Il supercalcolo alimenta l'intelligenza artificiale e il machine learning, consentendo a tali tecnologie di funzionare su larga scala.
Analisi dei big data
Il supercalcolo è in grado di analizzare trilioni di punti dati in una frazione del tempo normalmente necessario. È possibile analizzare set di dati di grandi dimensioni, nonché eseguire il riconoscimento di pattern, l'estrazione dei dati, l'analisi e altre operazioni di analisi dei dati. Il supercomputing aiuta a semplificare l'analisi dei big data nei settori in cui l'elaborazione parallela di milioni di dati contemporaneamente è fondamentale, come la finanza, la ricerca scientifica e la medicina.
Prestazioni più veloci
Il tipico supercomputer è molto più veloce dei computer convenzionali in quanto risorse di strumenti IT provenienti da migliaia di processori paralleli. I supercomputer sono uno strumento indispensabile: le loro prestazioni più elevate si prestano ad aumentare la velocità di qualsiasi processo relativo ai computer.
Come funziona il supercalcolo?
Il supercalcolo utilizza cluster di nodi di calcolo distribuiti su una rete connessa. Ogni nodo esegue un sottoinsieme della stessa attività in modo che insieme calcolino un risultato finale complesso. Un cluster di elaborazione ad alte prestazioni è composto da centinaia o addirittura migliaia di nodi di elaborazione, in cui ogni nodo contiene da otto a 128 CPU all'incirca. Il grid middleware collega quindi queste risorse di elaborazione con applicazioni di alto livello che richiedono la potenza di elaborazione necessaria.
Nodi
Tre tipi di nodi facilitano il funzionamento della maggior parte dei supercomputer:
Nodo utente
Il nodo utente richiede risorse dalla griglia di calcolo. Una volta che un utente finale effettua questa richiesta, passa attraverso il middleware e notifica tutti i nodi del sistema di grid computing.
Nodo fornitore
Un nodo fornitore fornisce risorse alla griglia di calcolo. Quando ricevono una nuova richiesta, iniziano a svolgere l'attività. Molti nodi fornitore consentono il multiprocessing simmetrico con una capacità di operazioni al secondo di alto livello. Il middleware raccoglie e restituisce i risultati.
Nodo di controllo
Il nodo di controllo funge da amministratore, gestendo l'allocazione di tutte le risorse del nodo fornitore. Il middleware communicator viene eseguito sul nodo di controllo, distribuendo le attività a fornitori specifici.
Quali sono i componenti di un sistema di supercalcolo?
Un sistema di supercalcolo è costituito da diversi componenti principali che interagiscono per offrire prestazioni elevate. Di seguito è riportata una spiegazione dei componenti principali.
Interfaccia di rete
Il supercalcolo utilizza interfacce di rete personalizzate che consentono di eseguire applicazioni con comunicazione tra nodi. Queste interfacce migliorano le prestazioni della comunicazione tra istanze e aiutano a scalare i carichi di lavoro. Queste tecnologie utilizzano una combinazione di applicazioni MPI (Message Passing Interface) e ML per offrire elasticità su richiesta.
Protocollo di visualizzazione remota
I supercomputer utilizzano un protocollo di visualizzazione remoto, in modo che i clienti possano accedere alle applicazioni dai data center o dal cloud sui propri dispositivi. Questo protocollo consente di eseguire applicazioni intensive in remoto, trasmettendo l'interfaccia utente a dispositivi più semplici. Questo componente elimina la necessità di costose workstation dedicate e offre implementazioni flessibili.
Strumenti di gestione dei cluster
Gli strumenti di gestione dei cluster consentono di gestire e distribuire cluster di calcolo ad alte prestazioni. Questo strumento prevede una semplice interfaccia grafica per consentire l'accesso alle risorse che alimentano le reti di rete. È possibile utilizzare uno strumento di gestione dei cluster per inviare query, eseguire elaborazioni parallele e gestire efficacemente i cluster di risorse.
Interfaccia unificata
Un'interfaccia unificata consente di utilizzare servizi cloud nativi in collaborazione con cluster paralleli. Puoi utilizzare un'unica interfaccia per inviare lavori alla tua rete di supercomputer o alla tua infrastruttura on-premise. Un'interfaccia unificata consente di tenere traccia di tutte le risorse informatiche e massimizzare le prestazioni delle applicazioni.
Gestione del raffreddamento e dell'alimentazione
I sistemi di supercalcolo utilizzano potenti sistemi di raffreddamento per aumentare l'efficienza energetica. Poiché questi sistemi utilizzano molta potenza di calcolo, hanno bisogno di aiuto per il raffreddamento per non surriscaldarsi. I sistemi a basso consumo energetico possono offrire prestazioni elevate consumando meno risorse.
In che modo AWS può aiutarti a supportare i tuoi requisiti di supercalcolo?
AWS High-Performance Computing offre una rete veloce e un'infrastruttura virtualmente illimitata, che consente di eseguire simulazioni complesse e carichi di lavoro di deep learning nel cloud. AWS offre un'intera suite di prodotti e servizi HPC per fornirti informazioni più rapide, maggiore potenza di calcolo e scalabilità illimitata. Ad esempio:
- Amazon EC2 UltraClusters ti aiuta a scalare fino a migliaia di GPU o acceleratori ML, garantendo l'utilizzo su richiesta dei supercomputer.
- NICE DCV offre un protocollo di visualizzazione remota ad alte prestazioni con sicurezza completa, costi ottimizzati e implementazioni flessibili su desktop remoti.
- AWS ParallelCluster funge da strumento di gestione dei cluster open source, che ti consente di scalare automaticamente le risorse, migrare senza interruzioni al cloud e semplificare la gestione dell'infrastruttura del cluster.
Comincia a utilizzare il supercalcolo su AWS creando un account gratuito.
Fasi successive su AWS
Ottieni accesso istantaneo al Piano gratuito di AWS.
