Was ist Supercomputing?
Supercomputing ist der Prozess, bei dem riesige CPU-Ressourcen und Hochgeschwindigkeitsnetzwerke für die komplexe Datenverarbeitung im großen Maßstab genutzt werden. Bestimmte Anwendungsfälle, wie geowissenschaftliche Simulationen oder DNA-Analysen, erfordern die gleichzeitige Verarbeitung von Milliarden oder sogar Billionen von Datenpunkten innerhalb eines kurzen Zeitrahmens. Die Supercomputing-Technologie ist eine Form des Hochleistungsrechnens, bei der Hunderte oder sogar Tausende von Knoten verwendet werden, die parallel arbeiten, um komplexe Probleme gemeinsam zu lösen. Die Supercomputing-Knoten sind hochgradig optimiert und verfügen über hardwarebasierte Beschleuniger, die Berechnungen, den Austausch und die Integration von Daten mit Geschwindigkeiten durchführen, die von normalen Rechnern nicht erreicht werden können.
Was sind die Vorteile des Supercomputing?
Supercomputer können Ressourcen bündeln, um Quadrillionen von Gleitkommaoperationen pro Sekunde durchzuführen. Unternehmen nutzen diese Hochleistungs-Supercomputing-Technologie, um von den folgenden Vorteilen zu profitieren.
Beschleunigung der Markteinführung
Supercomputing unterstützt das digitale Prototyping komplexer neuer Produkte, verbessert die Effizienz und beschleunigt die Markteinführung in Branchen wie der Pharmaindustrie, der Geothermieforschung und anderen mathematischen Bereichen. Es nutzt die Parallelverarbeitung, um die Zeit für komplexe Berechnungen und physikalische Simulationen erheblich zu verkürzen. Berechnungen, die normalerweise Wochen dauern, werden in einem Bruchteil dieser Zeit durchgeführt. Durch die Beschleunigung von Simulationen können Sie die Forschungs- und Entwicklungsphasen beschleunigen.
Einführung von KI/ML
Die Technologien der künstlichen Intelligenz (KI) und des Machine Learning (ML) erfordern eine enorme Rechenleistung zur Verarbeitung großer Datenmengen. Sie können Supercomputing für die Verarbeitung großer Datenmengen einsetzen, z. B. für Billionen von Datenpunkten pro Sekunde, um ein hohes Maß an Einblick in riesige Datensätze zu erhalten. Supercomputing ist die Grundlage für KI und ML und ermöglicht es diesen Technologien, in großem Maßstab zu arbeiten.
Big-Data-Analyse
Mit Supercomputern können Billionen von Datenpunkten in einem Bruchteil der Zeit analysiert werden, die normalerweise erforderlich wäre. Sie können riesige Datensätze analysieren sowie Mustererkennung, Datenextraktion, Analysen und andere Datenanalysevorgänge durchführen. Supercomputing hilft bei der Rationalisierung von Big-Data-Analysen in Branchen, in denen die parallele Verarbeitung von Millionen von Daten auf einmal unerlässlich ist, wie im Finanzwesen, in der wissenschaftlichen Forschung und in der Medizin.
Schnellere Leistung
Der typische Supercomputer ist viel schneller als herkömmliche Computer, da er die Ressourcen von möglicherweise Tausenden von parallelen Prozessoren nutzt. Supercomputer sind ein unverzichtbares Hilfsmittel - ihre höhere Leistung ermöglicht es, die Geschwindigkeit aller computerbezogenen Prozesse zu erhöhen.
Was sind die Anwendungsfälle des Supercomputing?
Supercomputing hat ein breites Anwendungsspektrum. Die folgende Liste ist nicht vollständig, enthält aber eine Auswahl von Beispielen, die zeigen, wie Unternehmen Supercomputing nutzen.
Numerische Strömungsdynamik
Bei der numerischen Strömungsdynamik (CFD) werden komplexe mathematische Modelle verwendet, um Wärmeübertragung, Flüssigkeitsbewegung, Impuls und andere verwandte Prozesse zu verfolgen. CFD beruht auf der schnellen Erstellung umfassender Simulationen, die mit Hilfe von Supercomputern möglich sind. In der Formel 1 wird zum Beispiel die Technologie der numerischen Strömungsmechanik eingesetzt, um die aerodynamischen Eigenschaften der Autos zu testen. Mit Hilfe von Supercomputern können sie bei der Konstruktion ihrer Fahrzeuge verschiedene Details simulieren, was die Markteinführungszeit verkürzt und die Effizienz erhöht.
Genomforschung
Die fortschrittliche Rechenleistung von Supercomputern ist nützlich bei der Untersuchung der hochkomplexen Struktur, Funktion und Karte von Genomen. Die Billiarden Fließkommaoperationen pro Sekunde, die Supercomputer bieten, ermöglichen es Forschern,Genomforschung in großem Maßstab zu betreiben. Ein Beispiel aus der Praxis: Die National Library of Medicine nutzt leistungsstarke Supercomputer, um das Sequence Read Archive (SRA) zu erstellen. Das SRA enthält Sequenzierergebnisse von über neun Millionen Experimenten und ermöglicht Bioinformatikern eine umfassende Analyse ihres Inhalts.
Gaming
Spieleentwickler müssen sicherstellen, dass die Spieler ihre Spiele ohne Paketverluste, Staus oder Bildausfälle nutzen können. Supercomputing ermöglicht es Entwicklern, die Grafik zu verbessern, die Physik zu simulieren und realistische Umgebungen zu rendern. Die zahlreichen Prozessoren des Cloud-Computing helfen bei der Verarbeitung von Daten und bieten Spielern und Entwicklern hohe Leistung. NICE DCV bietet beispielsweise Remote-Desktops und Anwendungsstreaming über die Cloud auf jedes Gerät. Dank dieser Unterstützung sind keine teuren Spezialarbeitsplätze mehr erforderlich. Durch den Einsatz dieser Supercomputer können Entwickler eine hohe Leistung bei gleichzeitiger Kostenoptimierung erreichen.
Medizinische Forschung
Die medizinische Forschung umfasst die Erforschung, Entwicklung und Herstellung neuer Arzneimittel und Chemikalien. Supercomputing-Ressourcen geben Forschern die nötige Rechenleistung, um Billionen von Datenpunkten gleichzeitig zu untersuchen. Moderne Supercomputer helfen überall, von der Molekularmodellierung bis zur Herstellung neuer Materialien für die menschliche Gesundheit.
Good Chemistry ist ein Beispiel für Supercomputing in Aktion. Dieses innovative Unternehmen hat sich zum Ziel gesetzt, eine nachhaltigere Welt zu schaffen, indem es komplexe Probleme im Bereich der Materialwissenschaften löst. Mit Hilfe von Supercomputern wird die Entwicklung neuer Methoden zum Aufbrechen der chemischen Bindungen von Prä- und Polyfluoralkylsubstanzen, die für die menschliche Gesundheit schädlich sind, simuliert.
Wie funktioniert Supercomputing?
Beim Supercomputing werden Cluster von Rechenknoten verwendet, die über ein angeschlossenes Netz verteilt sind. Jeder Knoten führt eine Teilmenge der gleichen Aufgabe aus, so dass sie zusammen ein komplexes Endergebnis berechnen können. Ein Hochleistungs-Rechencluster besteht aus Hunderten oder sogar Tausenden von Rechenknoten, wobei jeder Knoten etwa acht bis 128 CPUs enthält. Die Grid-Middleware verbindet dann diese Rechenressourcen mit High-Level-Anwendungen, die bei Bedarf Rechenleistung anfordern.
Knoten
Drei Arten von Knoten erleichtern die meisten Supercomputerfunktionen:
Benutzerknoten
Der Benutzerknoten fordert Ressourcen aus dem Rechennetz an. Sobald ein Endbenutzer diese Anfrage stellt, durchläuft sie die Middleware und benachrichtigt alle Knoten des Grid-Computing-Systems.
Prroviderknoten
Ein Providerknoten stellt dem Computernetz Ressourcen zur Verfügung. Sobald sie eine neue Anfrage erhalten, beginnen sie mit der Durchführung der Aufgabe. Viele Providerknoten ermöglichen symmetrisches Multiprocessing mit einer hohen Anzahl von Operationen pro Sekunde. Die Middleware sammelt die Ergebnisse und gibt sie zurück.
Kontrollknoten
Der Kontrollknoten fungiert als Administrator und verwaltet die Zuweisung aller Ressourcen des Providerknotens. Der Middleware Communicator läuft auf dem Kontrollknoten und verteilt Aufgaben an bestimmte Anbieter.
Was sind die Komponenten eines Supercomputersystems?
Ein Supercomputersystem besteht aus mehreren Kernkomponenten, die zusammenarbeiten, um eine hohe Leistung zu erzielen. Im Folgenden werden die wichtigsten Komponenten erläutert.
Netzwerk-Schnittstelle
Supercomputing verwendet maßgeschneiderte Netzwerkschnittstellen, die es Ihnen ermöglichen, Anwendungen mit Interknotenkommunikation auszuführen. Diese Schnittstellen verbessern die Leistung der Kommunikation zwischen Instances und helfen bei der Skalierung von Workloads. Diese Technologien nutzen eine Mischung aus Message Passing Interface (MPI) und ML-Anwendungen, um Elastizität auf Abruf zu bieten.
Remote-Display-Protokoll
Supercomputer verwenden ein Remote-Display-Protokoll, so dass Kunden auf ihren Geräten auf Anwendungen aus Rechenzentren oder der Cloud zugreifen können. Mit diesem Protokoll können Sie intensive Anwendungen aus der Ferne ausführen und die Benutzeroberfläche auf einfachere Geräte streamen. Diese Komponente macht teure dedizierte Workstations überflüssig und bietet flexible Bereitstellungen.
Cluster-Management-Tool
Cluster-Management-Tools ermöglichen Ihnen die Verwaltung und Bereitstellung von Hochleistungs-Computing-Clustern. Dieses Tool umfasst eine einfache grafische Benutzeroberfläche (GUI), über die Sie Zugang zu den Ressourcen haben, die die Stromnetze versorgen. Sie können ein Cluster-Management-Tool verwenden, um Abfragen zu übermitteln, Parallelverarbeitung durchzuführen und Ihre Ressourcen-Cluster effektiv zu verwalten.
Vereinheitlichte Schnittstelle
Eine einheitliche Schnittstelle ermöglicht es Ihnen, cloudnative Dienste in Zusammenarbeit mit parallelen Clustern zu nutzen. Sie können eine einzige Schnittstelle verwenden, um Jobs an Ihr Netzwerk von Supercomputern oder Ihre lokale Infrastruktur zu senden. Eine einheitliche Schnittstelle ermöglicht es Ihnen, alle Ihre Computerressourcen zu verfolgen und die Anwendungsleistung zu maximieren.
Kühlung und Energiemanagement
Supercomputersysteme verwenden leistungsstarke Kühlsysteme, um die Energieeffizienz zu erhöhen. Da diese Systeme sehr viel Rechenleistung verbrauchen, müssen sie gekühlt werden, damit sie nicht überhitzen. Energieeffiziente Systeme können eine hohe Leistung erbringen und gleichzeitig weniger Ressourcen verbrauchen.
Wie kann AWS Ihnen helfen, Ihre Supercomputing-Anforderungen zu erfüllen?
AWS High-Performance Computing bietet schnelle Netzwerke und eine praktisch unbegrenzte Infrastruktur, mit der Sie komplexe Simulationen und Deep-Learning-Workloads in der Cloud ausführen können. AWS bietet eine ganze Reihe von HPC-Produkten und -Services, um Ihnen schnellere Einblicke, mehr Rechenleistung und unbegrenzte Skalierbarkeit zu bieten. Beispiel:
- Amazon EC2 UltraClusters unterstützt Sie bei der Skalierung auf Tausende von GPUs oder ML-Beschleunigern und ermöglicht die bedarfsgerechte Nutzung von Supercomputern.
- NICE DCV bietet ein leistungsstarkes Remote-Display-Protokoll mit umfassender Sicherheit, optimierten Kosten und flexibler Bereitstellung auf Remote-Desktops.
- AWS ParallelCluster fungiert als Open-Source-Cluster-Management-Tool und bietet Ihnen automatische Ressourcenskalierung, nahtlose Migration in die Cloud und einfaches Cluster-Infrastrukturmanagement.
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