6 Højtydende computerapplikationer, der ændrede verden

Markedsintelligens i realtid, menneskelig anatomisk modellering, forudsigelig industriel udforskning, rumforskning og mange flere menneskelige ekspeditioner driver den nuværende verden ind i en ufattelig fremtid, hvilket ikke mindst skyldes højtydende computing (HPC).

På trods af at det kræver enorme ressourcer, ruller højtydende computerprogrammer ud, takket være opfindelsen af ​​supercomputere og udbredt implementering af cloud computing. Disse teknologier gør livet let og understøtter ufattelig hurtig databehandling.

Nogle HPC -applikationer redesigner, hvordan videnskaben vil tjene dig i fremtiden. Men først, hvad er højtydende computing?

Hvad er højtydende computing?

Højtydende computing refererer til et systems evne til at behandle en enorm mængde data og køre komplekse modeller hurtigt. HPC-programmer kræver derfor en enorm computerkraft til at behandle terabyte, petabytes eller endda zettabyte med data i realtid.

Således bygger HPC på princippet om computing, netværk og datalagring.

Når det er sagt, her er nogle bemærkelsesværdige anvendelser af højtydende teknologi, der har påvirket verden.

1. Forudsigelig kardiovaskulær sundhed

Uden tvivl er hjertesvigt livstruende. Og måske er en af ​​de udfordringer, man står over for, mens man forsøger at forstå dets mekanismer, forskellene i hjertets anatomiske reaktion på forskellige forhold. Derfor bliver det svært at forudsige sin adfærd i realtid.

Heldigvis kommer der nogle HPC-baserede løsninger.

For eksempel, IBMsammen med et forsvarslaboratorium simulerede historisk de menneskelige hjertes homeostatiske mekanismer på et molekylært niveau ved hjælp af en af verdens hurtigste supercomputere, Sequoia, i 2012.

De udnyttede Sequioas højberegningshastighed til at bygge en skalerbar model kaldet "Cardioid" for at efterligne og genopbygge det menneskelige hjerte. Og i modsætning til tidligere programmer, der kun kunne simulere omkring ti hjerteslag eller lavere, kunne Cardioid -programmet efterligne tusindvis af hjerteslag. Plus, det var 300 gange hurtigere end de fleste modeller.

IBM's Cardioid-projekt er ikke det eneste højtydende computerprogram, der revolutionerer hjertesundheden, Dassault Systemes ' Living Heart Project er også et bemærkelsesværdigt projekt.

Således kan du forvente at se lægemidler og forskellige regimer testet på et simuleret hjerte, før de administreres til mennesker. Disse HPC -programmer lover også at forbedre kardiovaskulære enheder og organplacering under operationer.

I 2018, Google udviklede også en deep learning -model der forudsiger kardiovaskulær sygdom risici ved at bruge computersyn fra scannede nethindebilleder.

Teknologien fungerer ved at vurdere øjenets blodkar og derefter bruge dette til at forudsige systolisk blodtryk og identificere andre risikopunkter.

Et sådant program hjælper tidligt med at opdage kardiovaskulære problemer, hvilket er en nøgle til deres forebyggelse.

Når det er sagt, springer simulerede elektrokardiogram (EKG) AI -modeller også op for at hjælpe med effektiv diagnose for mennesker med ventrikulære anomalier. Mens åbent-hjerte-operationer bliver mere succesrige, driver verden derfor mod en æra, hvor patienter og læger er mere sikre på resultatet af hjerteoperationer end nogensinde før.

En vellykket anvendelse af kardiovaskulær modellering er rapporten af CNN sundhed af 3D-simuleringen af ​​en 4-årig piges hjerte på Nicklaus Børnehospital i 2015. Det er fænomenalt, da kirurger var i stand til at operere en simuleret version af patientens hjerte og forestille sig de bedste operationelle procedurer inden selve operationen.

2. Forståelse af det virale genom

Selvom det virale genom kan sekvenseres, er det svært at forstå dets invasive patologi i realtid, da det muterer. Men takket være højtydende computing udvikler banebrydende simuleringer af disse mekanismer sig. Og det hjælper beslutningstagere.

Et nyere eksempel på en højtydende computerapplikation, i dette tilfælde, er CSIRO'er udforskning af hele COVID-19-genomet, som de simulerede på en CSIRO-supercomputer i begyndelsen af ​​2020.

CSIRO Data61-teamet har med succes simuleret bindingsmekanismen for COVID-19 til den humane ACE2-receptor.

COVID-19 er en aktivt muterende virus. Men en simulering af dets virkningsmekanisme rækker langt for at hjælpe forskere med at forstå de fleste af dens udviklingsmæssige adfærd. Et sådant gennembrud hjælper ikke kun forskere med at vide, hvor en vaccine skal målrette mod et COVID-19 viralt genom. Men det er også en skabelon til udvikling af et forudsigende adfærdsmønster for nogle af de mest berygtede smitsomme agenter, der nogensinde er kendt.

Følgelig bliver udvikling af lægemidler og vacciner billigere, hurtigere og mere effektiv til bekæmpelse af forskellige infektiøse midler.

Det er muligt, at dette kan hjælpe forskere med at identificere menneskelige supergener, der kan modstå infektioner.

3. Autonom kjøringsteknologi

Den algoritme, der kræves for at betjene et førerløst køretøj, er kompliceret, og den skal behandle mange komplekse beregninger i realtid. I det væsentlige har en autonom lastbil eller bil ikke råd til en forsinkelse i nogen af ​​dens funktioner. Således har de brug for en meget pålidelig beregningshastighed for at køre.

Ulykkesimuleringer, forhindringsdetektion, hurtig og præcis reaktion på sanser er de vigtigste egenskaber ved førerløse køretøjer til at navigere smart og sikkert.

Formålet med at skabe selvkørende biler er naturligvis at udnytte nøjagtigheden af ​​dyb læring for at reducere trafikuheld og præcist forudsige, hvor man skal navigere.

Teknik- og bilgiganter, herunder Tesla, Waymo, Toyota, Honda, Volkswagen, blandt andre, intensiverer deres bestræbelser på at teste førerløse biler, der overholder offentlige trafiksikkerhedsstandarder.

Relaterede: Volkswagen planlægger at have selvkørende taxaer på vejen i 2025

Mange mennesker er dog skeptiske over for selvkørende biler. Men denne teknologi, hvis den implementeres med succes, vil ændre transportens ansigt. Og måske fremme et kørsel mod en mere sikker vej og optimeret brændstofforbrug.

4. Augmented Reality

Med teknologier i udvikling og fremskridt inden for cloud computing vil augmented reality uden tvivl gøre fantasier til realisme.

Augmented reality kan hjælpe dig med at vælge og teste de produkter, du køber. Og det føles som om du ser dem fysisk. AR gør det muligt at teste, hvordan produkter som tøj og tilbehør ser på dig, inden du køber dem.

Det dukker endda op i militære operationer. Et eksempel er Microsofts Integrated Visual Augmentation System (IVAS), som hjælper soldater med at gennemskue hele deres koordinat i realtid.

Relaterede: Anvendelser af AR -teknologi i hverdagen

I sport kan spillere endda træne praktisk talt ved hjælp af VR -teknologi. Nedsænkning af virtual reality er også en teknologi i udvikling, der fremmer mere realistiske visioner i fremtiden.

Store tech-virksomheder, herunder Microsoft, Google, blandt andre, har investeret i denne højtydende computingteknologi. Og med flere fremskridt tror vi, at verden vil blive forvirret, når tv og spil bliver forstærket med realistiske landskaber og perspektiver.

5. NASAs Solar Weather Monitoring

NASA udnyttede i 2019 højeffektive computere til eksternt at overvåge solens ekstreme ultraviolette bestrålende natur, der forårsager solblusser, forstyrrelsen af ​​solvejr.

Vejret i solsystemet påvirker opsendelsen af ​​rumfartøjer, satellitter og solstationer. For at opretholde menneskelig udforskning i rummet og beskytte jorden er det derfor nødvendigt at spore ændringerne i solvejr over tid.

Og selvfølgelig kan en forvrængning i solvejret ligeledes påvirke jordens overførselsværker, især dem, der er afhængige af solsystemet på en eller anden måde.

NASA bruger et dedikeret ruminstrument kaldet EVE MEGS-A til at fange solens aktiviteter. Men det fremgår af sit forskningsartikel, der blev offentliggjort den Videnskab fremskridt, at dens nye deep learning-model vil udfylde hullet, hvis EVE MEGS-A fungerer.

Så i forbindelse med Frontier Development Lab simulerede NASA succesfuldt solobservatorieinstrumentet gennem en dyb model for neurale netværk. Fordi den er realtid og dynamisk, resulterer denne løsning i hurtige beslutninger.

Det er en livsændrende anvendelse af højtydende computing, da det hjælper astronauter og regulerende agenturer med at træffe effektive beslutninger forud for en forestående katastrofe.

6. Flyproduktion og aerodynamik

Højtydende computing kan også anvendes til fremstilling. Mange industrier bruger nu denne teknologi til at modellere og forudsige, hvordan uopdagede materialer opfører sig. Således skaber det en gateway til oprettelsen af ​​nye industrielle materialer.

Computational fluid dynamics er et af de områder, hvor HPC har fundet sit formål. Simuleringen af ​​vindmøller, luftfartsdele og forudsigelsen af ​​materialers styrke har ført til opfindelsen af ​​nogle livsændrende produkter.

AAI er for eksempel en luftfartsforsvarsteknologisk organisation, der modellerer forskellige flydeler baseret på beregningsvæskedynamik. AAI's model fokuserer imidlertid på at udvikle HPC-optimerede systemer til at gøre sikrere fly.

Simulia udviklede også simuleringssoftware ved hjælp af beregningsvæskedynamik til at simulere et flys dynamiske krydstogtforhold. Simulia og AAI's løsninger reducerer produktionsomkostninger og tid ved at udrydde behovet for fysisk test og spild af dyre materialer.

Drivteknologierne til højtydende computing

Supercomputere og cloud computing er de to store drivkræfter for HPC -programmer. De tilbyder plads, hastighed og skalerbarhed.

Relaterede: Almindelige myter om skyen, der skal sprænges

Supercomputere på stedet kan være utilstrækkelige til at indhente den runtime, der kræves af HPC-programmer, når den skaleres op. Og selvom cloud computing er et skalerbart og hurtigere alternativ, kant computing er en cloud-løsning i udvikling, der kan dominere højtydende computing i fremtiden.

Hvad er nogle udfordringer ved at skrive højtydende computerprogrammer?

Anvendelserne af HPC er ubegrænsede, og de går på tværs af alle aspekter af livet. Så mens de udvikler feltspecifikke HPC-programmer, skal programmører have en stor viden om dette felt. Ellers bliver det skræmmende, da de også forsøger at klare det tekniske ved deres kode. En anden udfordring er imidlertid, hvordan man skriver skalerbar og implementerbar kode.

Når det er sagt, vil højtydende computing bringe mere udvikling til verden, endnu hurtigere end du måske tror.

De 7 bedste måder at lære at kode gratis på

Du kan ikke lære at kode gratis. Medmindre du selvfølgelig giver disse afprøvede ressourcer en chance.

Læs Næste

Om forfatteren