O que é supercomputação?
Supercomputação é o processo de usar enormes recursos de CPU e redes de alta velocidade para processamento complexo de dados em grande escala. Certos casos de uso, como simulações geocientíficas ou análises de DNA, exigem o processamento simultâneo de bilhões ou até trilhões de pontos de dados em um curto espaço de tempo. A tecnologia de supercomputação é uma forma de computação de alta performance que utiliza centenas ou até milhares de nós que trabalham em paralelo para resolver problemas complexos juntos. Os nós de supercomputação são altamente otimizados com aceleradores baseados em hardware que realizam cálculos, trocam e integram dados em velocidades não acessíveis por máquinas comuns.
Quais são os casos de uso da supercomputação?
A supercomputação tem uma ampla variedade de aplicações. Embora não seja uma lista completa, aqui está uma seleção de exemplos que demonstram como as empresas usam a supercomputação.
Fluidodinâmica computacional
A dinâmica computacional de fluidos (CFD) é o processo de usar modelagem matemática complexa para rastrear a transferência de calor, o movimento do fluido, o impulso e outros processos relacionados. A CFD depende da produção rápida de simulações abrangentes que a supercomputação cria com excelência. Por exemplo, a Formula 1 usa tecnologia computacional de dinâmica de fluidos para testar as propriedades aerodinâmicas dos carros. Usando a supercomputação, eles podem simular diferentes detalhes ao projetar seus veículos, reduzindo o tempo de entrada no mercado e aumentando a eficiência.
Pesquisa genômica
O poder de processamento avançado dos supercomputadores é útil ao estudar a estrutura, a função e o mapa altamente complexos dos genomas. Os quatrilhões de operações de ponto flutuante por segundo que os supercomputadores oferecem permitem que os pesquisadores conduzam pesquisas genômicas em grande escala. Um exemplo do mundo real é a National Library of Medicine, que usa supercomputadores poderosos para produzir o Sequence Read Archive (SRA - arquivo de leitura de sequência). O SRA tem resultados de sequenciamento de mais de nove milhões de experimentos e permite que os bioinformáticos analisem seu conteúdo de forma abrangente.
Jogos
Os engenheiros de jogos devem garantir que os jogadores possam acessar seus jogos sem pacotes descartados, congestionamento ou perda de quadros. A supercomputação permite que os desenvolvedores aprimorem gráficos, simulem física e renderizem configurações realistas. Os vários processadores da computação em nuvem ajudam a processar dados e oferecem alto desempenho para jogadores e desenvolvedores. Por exemplo, o NICE DCV fornece desktops remotos e transmissão de aplicações para qualquer dispositivo via nuvem. Esse suporte elimina a necessidade de estações de trabalho dedicadas caras. Ao usar esses supercomputadores, os desenvolvedores podem alcançar um alto desempenho e, ao mesmo tempo, otimizar os custos.
Pesquisa médica
A pesquisa médica é a pesquisa, desenvolvimento e produção de novos produtos farmacêuticos e químicos. Os recursos de supercomputação oferecem aos pesquisadores o poder de processamento necessário para investigar trilhões de pontos de dados de uma só vez. Os supercomputadores modernos ajudam em todos os lugares, desde a modelagem molecular até a produção de novos materiais para a saúde humana.
A Good Chemistry é um exemplo de supercomputação em ação. Essa empresa inovadora visa a criar um mundo mais sustentável resolvendo problemas complexos relacionados à ciência dos materiais. Ele usa supercomputação para simular o desenvolvimento de novas formas de quebrar as ligações químicas de substâncias per e polifluoroalquil, que são prejudiciais à saúde humana.
Quais são os benefícios da supercomputação?
Os supercomputadores podem reunir recursos para fornecer quatrilhões de operações de ponto flutuante por segundo. As organizações usam essa tecnologia de supercomputação de alto desempenho para acessar os seguintes benefícios.
Acelere o tempo de entrada no mercado
A supercomputação oferece suporte à prototipagem digital de novos produtos complexos, melhorando a eficiência e acelerando o tempo de entrada no mercado em setores como farmacêutico, pesquisa geotérmica e outros domínios matemáticos. Ele usa processamento paralelo para reduzir significativamente o tempo necessário para concluir cálculos complexos e simulações físicas. Os cálculos que geralmente levam semanas são concluídos em uma fração desse tempo. Você pode aumentar a velocidade dos estágios de pesquisa e desenvolvimento acelerando as simulações.
Adote a IA e o ML
As tecnologias de inteligência artificial (IA) e machine learning (ML) exigem um enorme poder computacional para processar grandes quantidades de dados. Você pode usar a supercomputação para lidar com o processamento de dados de alto volume, como trilhões de pontos de dados por segundo, para fornecer um alto grau de visão sobre vastos conjuntos de dados. A supercomputação potencializa a IA e o ML, permitindo que essas tecnologias funcionem em grande escala.
Análise de big data
A supercomputação pode analisar trilhões de pontos de dados em uma fração do tempo que normalmente levaria. Você pode analisar grandes conjuntos de dados, bem como realizar reconhecimento de padrões, extração e análise de dados e outras operações de análise de dados. A supercomputação ajuda a simplificar a análise de big data em setores em que o processamento paralelo de milhões de dados ao mesmo tempo é vital, como finanças, pesquisa científica e medicina.
Performance mais rápida
O supercomputador típico é muito mais rápido que os computadores convencionais, pois usa recursos de ferramentas de TI potencialmente de milhares de processadores paralelos. Os supercomputadores são uma ferramenta indispensável: seu desempenho superior permite aumentar a velocidade de qualquer processo relacionado ao computador.
Como funciona a supercomputação?
A supercomputação usa clusters de nós de computação espalhados por uma rede conectada. Cada nó executa um subconjunto da mesma tarefa para que, juntos, eles calculem um resultado complexo. Um cluster de computação de alto desempenho é composto por centenas ou até milhares de nós de computação, em que cada nó contém aproximadamente de 8 a 128 CPUs. O middleware de grade então conecta esses recursos de computação a aplicações de alto nível que solicitam poder de processamento conforme necessário.
Nós
Três tipos de nós facilitam o funcionamento da maioria dos supercomputadores:
Nó de usuário
O nó do usuário solicita recursos da grade de computação. Depois que um usuário final faz essa solicitação, ela passa pelo middleware e notifica todos os nós no sistema de computação em grade.
Nó de provedor
Um nó de provedor fornece recursos para a grade computacional. Quando recebem uma nova solicitação, eles começam a realizar a tarefa. Muitos nós de provedor permitem o multiprocessamento simétrico com uma alta capacidade de operações por segundo. O middleware coleta e retorna resultados.
Nó de controle
O nó de controle atua como administrador, gerenciando a alocação de todos os recursos do nó de provedor. O comunicador de middleware é executado no nó de controle, distribuindo tarefas para provedores específicos.
Quais são os componentes de um sistema de supercomputação?
Um sistema de supercomputação consiste em vários componentes principais que trabalham juntos para oferecer alto desempenho. Abaixo está uma explicação dos principais componentes.
Interface de rede
A supercomputação usa interfaces de rede personalizadas que permitem executar aplicações com comunicação entre nós. Essas interfaces aprimoram o desempenho da comunicação entre instâncias e ajudam a escalar workloads. Essas tecnologias usam uma mistura de aplicações de interface de passagem de mensagens (MPI) e ML para oferecer elasticidade sob demanda.
Protocolo de exibição remota
Os supercomputadores usam um protocolo de exibição remota para que os clientes possam acessar aplicações de datacenters ou da nuvem em seus dispositivos. Esse protocolo permite que você execute aplicações intensivas remotamente, transmitindo a interface do usuário para dispositivos mais simples. Esse componente elimina a necessidade de estações de trabalho dedicadas caras e oferece implantações flexíveis.
Ferramenta de gerenciamento de clusters
As ferramentas de gerenciamento de clusters permitem gerenciar e implantar clusters de computação de alto desempenho. Essa ferramenta envolve uma GUI simples para fornecer acesso aos recursos que alimentam as redes em grade. Você pode usar uma ferramenta de gerenciamento de clusters para enviar consultas, realizar processamento paralelo e gerenciar com eficiência seus clusters de recursos.
Interface unificada
Uma interface unificada permite que você use serviços nativos de nuvem em colaboração com clusters paralelos. Você pode usar uma interface única para enviar trabalhos para sua rede de supercomputadores ou sua infraestrutura local. Uma interface unificada permite que você acompanhe todos os seus recursos de computação e maximize o desempenho da aplicação.
Gerenciamento de resfriamento e energia
Os sistemas de supercomputação usam sistemas de resfriamento poderosos para aumentar a eficiência energética. Como esses sistemas usam muito poder de computação, eles precisam de ajuda para resfriar para não superaquecerem. Sistemas com eficiência energética podem oferecer alto desempenho enquanto consomem menos recursos.
Como a AWS pode ajudar a oferecer suporte aos seus requisitos de supercomputação?
A computação de alto desempenho da AWS oferece redes rápidas e infraestrutura praticamente ilimitada, permitindo que você execute simulações complexas e workloads de aprendizado profundo na nuvem. A AWS oferece um conjunto completo de produtos e serviços de HPC para fornecer insights mais rápidos, mais poder computacional e escalabilidade ilimitada. Por exemplo:
- O Amazon EC2 UltraClusters ajuda você a escalar para milhares de GPUs ou aceleradores de ML, gerando o uso de supercomputadores sob demanda.
- O NICE DCV oferece um protocolo de exibição remota de alto desempenho com segurança abrangente, custos otimizados e implantações flexíveis em desktops remotos.
- O AWS ParallelCluster atua como uma ferramenta de gerenciamento de clusters de código aberto, capacitando você com escalabilidade automática de recursos, migração perfeita para a nuvem e fácil gerenciamento da infraestrutura de cluster.
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