¿Qué es la computación de alto rendimiento (HPC)?
¿Qué es la computación de alto rendimiento?
La computación de alto rendimiento (HPC) es una estrategia de infraestructura de TI que combina grupos de sistemas informáticos para realizar cálculos complejos y simultáneos en billones de puntos de datos. Un solo sistema informático tiene una capacidad de procesamiento limitada por su hardware y es menos útil para ejecutar simulaciones en campos como la elaboración de modelos climáticos, el descubrimiento de fármacos, la investigación genómica y más. Las tecnologías de HPC pueden utilizar varios sistemas informáticos en paralelo para aumentar la velocidad de procesamiento de forma exponencial.
En los últimos años, las tecnologías de HPC han pasado de ejecutar simulaciones científicas a ejecutar modelos y cargas de trabajo de IA a escala.
¿Cuáles son los casos de uso de la HPC?
Existen varios casos de uso de la computación de alto rendimiento en el mundo académico, la industria y las empresas.
Contenido multimedia y entretenimiento
Los clústeres de alto rendimiento proporcionan la potencia de procesamiento necesaria para renderizar vídeos y gráficos 3D, transmitir eventos en directo con alta calidad de vídeo y procesar CGI. Los clústeres de HPC permiten a las empresas multimedia reducir los plazos de producción, acelerar la codificación de vídeo y reducir los costes del proceso de producción.
Salud y genómica
La industria de la salud utiliza la HPC de muchas maneras, desde la secuenciación del genoma hasta la predicción de la estructura de las proteínas e incluso en iniciativas de nuevos fármacos. Los modelos impulsados por IA que se ejecutan en clústeres de HPC ayudan a mejorar aún más la investigación y la adopción de fármacos.
En los hospitales, la computación de alto rendimiento funciona junto con el software de IA para ayudar a identificar enfermedades en los escaneos de imágenes, crear planes de tratamiento médico personalizados y optimizar la administración de registros médicos.
Gobierno y defensa
La computación de alto rendimiento es una tecnología de apoyo que proporciona recursos a varias soluciones de defensa, como la criptografía, la vigilancia en tiempo real, el análisis de inteligencia y la detección de amenazas. El acceso a un sistema de recursos escalable ayuda a garantizar que los gobiernos tengan la potencia informática que necesitan para llevar a cabo iniciativas de seguridad nacional, simulaciones militares y más.
Elaboración de modelos climáticos
La simulación del flujo de los sistemas de fluidos en la Tierra, para los informes meteorológicos y la generación de datos climáticos, requiere procesar enormes cantidades de datos al mismo tiempo. HPS ofrece la potencia informática necesaria para asimilar y procesar datos rápidamente, lo que ayuda a proporcionar información a las agencias que predicen desastres naturales, supervisan los sistemas meteorológicos y pronostican el cambio climático a largo plazo.
Servicios financieros
Los servicios financieros, como los fondos de cobertura, las agencias de seguros y los bancos, utilizan la HPC para procesar los datos que necesitan para ejecutar modelos de previsión, predecir el riesgo de crédito y optimizar las carteras. La potencia informática que ofrece la HPC mejora el análisis de datos con información en tiempo real.
Sector automotriz
La computación de alto rendimiento es una tecnología vital en la dinámica de fluidos computacional, las pruebas de materiales y las pruebas de simulación de choques para la industria automotriz. La HPC ofrece prototipos rápidos y optimizaciones de diseños en tiempo real, y ayuda a simular los flujos de trabajo de las fábricas. La HPC también es una tecnología central en los vehículos autónomos y en la toma de decisiones basada en la visión artificial en tiempo real.
Ciberseguridad
La computación de alto rendimiento permite a los administradores de red analizar el tráfico para detectar anomalías e identificar posibles amenazas antes de que se produzcan. La HPC también proporciona recursos informáticos para el cifrado, las evaluaciones de todo el sistema y la neutralización de amenazas en tiempo real.
¿Cómo funciona la HPC?
La computación de alto rendimiento reúne la potencia informática de varios servidores, ordenadores o estaciones de trabajo individuales para ofrecer una solución más potente. Este proceso en el que muchos nodos trabajan juntos se conoce como computación paralela. Cada máquina individual de este sistema se denomina nodo y muchos nodos se unen para formar un clúster. Cada nodo del sistema es responsable de administrar una tarea diferente y todos funcionan en paralelo para aumentar la velocidad de procesamiento.
Nodos de clúster
Las soluciones de HPC incluyen algunos tipos de nodos
- Los nodos del controlador coordinan el trabajo en todo el sistema de clústeres.
- Los nodos de trabajo, o nodos de cómputos, llevan a cabo cualquier procesamiento.
- Los nodos interactivos, o nodos de registro, permiten a los usuarios conectarse al sistema de HPC a través de la línea de comandos o una GUI.
Los clústeres de HPC pueden ser heterogéneos, cuando cada nodo ofrece un hardware diferente, o homogéneos, cuando cada nodo tiene una capacidad de rendimiento similar.
Estructuras de clústeres de HPC
Hay dos estructuras principales de clústeres de HPC.
Computación en clúster
La computación en clúster, también conocida como computación paralela, es aquella en la que un conjunto de clústeres trabajan juntos en una función similar y en una ubicación similar. Esta estructura minimiza la latencia entre los nodos al tener una topología de red similar y estar físicamente cerca.
Computación distribuida
La computación distribuida puede usar clústeres que se encuentran en una ubicación similar o distribuidos por todo el mundo. Este formato de clúster puede aprovechar el hardware local y los recursos de la nube, lo que proporciona un enfoque más flexible y escalable de la HPC.
¿Cómo funcionan los trabajos de HPC?
Los sistemas HPC ejecutan dos tipos diferentes de procesos, conocidos como cargas de trabajo de acoplamiento débil y de acoplamiento ajustado.
Cargas de trabajo de acoplamiento débil
Las cargas de trabajo de acoplamiento débil son tareas que un sistema HPC completa de forma independiente de otras funciones que pueden producirse en paralelo dentro del sistema. Muchas tareas independientes se realizan simultáneamente, por lo que esta forma de procesamiento de HPC a veces se denomina trabajos de carga de trabajo en paralelo.
Por ejemplo, al renderizar un vídeo, cada fotograma actúa como una tarea diferente. Si bien cada nodo que renderiza un marco puede proceder del mismo almacenamiento, su capacidad para finalizar la tarea no depende de que ningún otro nodo complete la suya.
Cargas de trabajo de acoplamiento ajustado
Las cargas de trabajo de acoplamiento ajustado son tareas de procesamiento de HPC que dependen unas de otras para completar el trabajo general. Estas cargas de trabajo utilizan la memoria y el almacenamiento compartidos de un clúster para compartir información entre todos los nodos del clúster, lo que ayuda a cada uno de ellos a completar su tarea al mismo tiempo. Las cargas de trabajo de acoplamiento ajustado a menudo requieren una coordinación en tiempo real, ya que muchos nodos trabajan para proporcionar pequeños fragmentos de información para completar una tarea mayor. Por ejemplo, cada nodo puede ser responsable de simular un componente físico distinto en una previsión meteorológica, y es necesario combinar la información de todos los nodos para generar la previsión meteorológica final.
¿Qué es la HPC en la nube?
La computación de alto rendimiento en la nube permite a las empresas aprovechar las soluciones de HPC sin tener que administrar el clúster de HPC que utilizan. En lugar de crear un costoso centro de datos local, la HPC en la nube es una solución rentable que ofrece a las empresas la potencia informática escalable que necesitan.
Tres tendencias convergentes han acelerado la expansión de los servicios en la nube de HPC.
Redes RDMA de baja latencia
El uso del acceso remoto directo a la memoria (RDMA) ha permitido a los nodos de red acceder a la memoria sin necesidad de usar su sistema operativo. Este enfoque garantiza que un nodo pueda interactuar con otro sin interrumpir sus procesos, eliminando los cuellos de botella en los procesos, minimizando la latencia y maximizando el rendimiento.
Mayor demanda de computación en la nube
Debido a la amplia gama de casos de uso de HPC, muchas empresas de diversos sectores ahora necesitan servicios de HPC. La HPC en la nube permite a estas empresas acceder a los servicios de HPC sin tener que crear sus propios centros de datos, lo que hace que esta tecnología sea mucho más accesible.
Uso generalizado de la IA
Otra causa de la creciente demanda de servicios en la nube de HPC es el uso generalizado de software de IA y machine learning. Las herramientas de IA generativa necesitan una gran cantidad de potencia informática, y la HPC proporciona los recursos computacionales y la escalabilidad de estos sistemas. La HPC es una solución eficaz para las empresas que desean utilizar herramientas de IA a escala empresarial.
¿Cuáles son las ventajas de la HPC en la nube?
La ejecución de la HPC en la nube ofrece varias ventajas.
Administración unificada y remota
Cada proyecto de HPC tiene requisitos de infraestructura únicos. La autocompra restringe a la organización a unas cuantas configuraciones seleccionadas en las que puede invertir. Sin embargo, la nube de HPC permite a las organizaciones elegir y combinar diversas configuraciones de almacenamiento, computación, redes y nodos de registro, GPU y estaciones de trabajo según sea necesario para su proyecto. Pueden usar una consola de administración para interactuar con todos estos sistemas desde una ubicación central. Esto agiliza los flujos de trabajo y automatiza las funciones del clúster para mayor comodidad.
Aprovisionamiento y escalado de recursos dinámicos
Los sistemas de computación en la nube de alto rendimiento permiten a las empresas escalar el uso de sus recursos informáticos de forma dinámica, aumentando o reduciendo sin esfuerzo para satisfacer la demanda. Esta flexibilidad mejora la eficiencia y optimiza el uso de los recursos.
Actualizaciones administradas
Las cargas de trabajo de HPC que se administran a través de proveedores de computación en la nube publican actualizaciones automáticamente para mantener sus sistemas actualizados. Este enfoque garantiza que sus soluciones de HPC estén siempre actualizadas y ofrezcan el servicio más eficaz posible.
Flexibilidad para usar aplicaciones personalizadas
Las empresas pueden llevar sus aplicaciones a su proveedor de nube. Pueden personalizar el sistema operativo y el software preinstalado para cumplir con los requisitos de carga de trabajo específicos.
¿Cómo puede AWS cumplir con sus requisitos de HPC?
Los servicios totalmente gestionados de AWS HPC le permiten acelerar la innovación con una infraestructura en la nube de HPC prácticamente ilimitada. Por ejemplo
- AWS Parallel Computing Service ofrece un servicio totalmente administrado que puede usar para crear entornos completos y elásticos que puedan alojar sus cargas de trabajo de computación de alto rendimiento.
- AWS ParallelCluster es una herramienta integral de administración de clústeres de código abierto que simplifica la administración de clústeres de HPC en AWS.
- Amazon Elastic Fabric Adapter ayuda a los usuarios a ejecutar aplicaciones HPC y ML a la escala que necesitan, ya que ofrece la posibilidad de escalar a miles de GPU o CPU.
- Amazon DCV es un protocolo de visualización remota que ayuda a los clientes a acceder de forma segura a la hora de ofrecer escritorios remotos y streaming de aplicaciones en distintas condiciones de red.
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