การประมวลผลด้วยซูเปอร์คอมพิวเตอร์คืออะไร
การประมวลผลด้วยซูเปอร์คอมพิวเตอร์ เป็นกระบวนการซึ่งมีการใช้ทรัพยากร CPU จำนวนมากและระบบเครือข่ายความเร็วสูงเพื่อประมวลผลข้อมูลที่ซับซ้อนในวงกว้าง กรณีการใช้งานบางอย่าง เช่น การจำลองทางธรณีศาสตร์หรือการวิเคราะห์ DNA จำเป็นต้องมีการประมวลผลจุดข้อมูลหลายพันล้านหรือหลายล้านล้านตัวพร้อมกันภายในกรอบเวลาอันสั้น เทคโนโลยีการประมวลผลด้วยซูเปอร์คอมพิวเตอร์เป็นรูปแบบการประมวลผลประสิทธิภาพสูงที่ใช้โหนดหลายร้อยหรือหลายพันโหนดซึ่งจะทำงานแบบคู่ขนานเพื่อแก้ปัญหาที่ซับซ้อนร่วมกัน โหนดการประมวลผลด้วยซูเปอร์คอมพิวเตอร์นั้นมีประสิทธิภาพอย่างมากด้วยตัวเร่งที่ใช้ฮาร์ดแวร์ซึ่งจะดำเนินการคํานวน แลกเปลี่ยน และผสานรวมข้อมูลด้วยความเร็วที่ไม่สามารถดำเนินการได้โดยเครื่องทั่วไป
ซูเปอร์คอมพิวเตอร์มีการใช้งานอะไรบ้าง
ระบบซูเปอร์คอมพิวเตอร์สามารถทำงานได้หลายแบบ รายการนี้เป็นข้อมูลบางส่วนเกี่ยวกับตัวอย่างการใช้งานระบบซูเปอร์คอมพิวเตอร์โดยธุรกิจต่างๆ
พลศาสตร์การไหลเชิงคำนวณ
พลศาสตร์การไหลเชิงคำนวณ (CFD) เป็นกระบวนการซึ่งใช้การสร้างแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อนเพื่อติดตามการถ่ายเทความร้อน การเคลื่อนไหวของของเหลว โมเมนตัม และกระบวนการที่เกี่ยวข้องอื่นๆ CFD ต้องใช้การสร้างการจำลองที่ครอบคลุมอย่างรวดเร็วซึ่งซูเปอร์คอมพิวเตอร์สามารถทำงานได้อย่างยอดเยี่ยม ตัวอย่างเช่น รถแข่ง Formula 1 ต้องใช้เทคโนโลยีพลศาสตร์การไหลเชิงคำนวณเพื่อทดสอบคุณสมบัติทางอากาศพลศาสตร์ของตัวรถ เมื่อใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ ผู้ใช้จะสามารถจำลองรายละเอียดต่างๆ เมื่อออกแบบยานพาหนะได้ ซึ่งจะช่วยลดเวลาในการนำสู่ตลาดและเพิ่มประสิทธิภาพ
การวิจัยจีโนม
พลังการประมวลผลขั้นสูงของซูเปอร์คอมพิวเตอร์มีประโยชน์อย่างมากในการศึกษาโครงสร้าง ฟังก์ชัน และแผนที่ของจีโนมที่มีความซับซ้อนสูง การปฏิบัติการจุดลอยถึงสี่ล้านๆ ตัวต่อวินาทีที่สามารถดำเนินการได้บนซูเปอร์คอมพิวเตอร์ช่วยให้นักวิจัยสามารถทำการวิจัยจีโนมขนาดใหญ่ได้ ตัวอย่างจากการใช้งานจริงได้แก่ National Library of Medicine ซึ่งใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทรงพลังในการสร้าง Sequence Read Archive (SRA) SRA มีผลการจัดลำดับจากการทดลองมากกว่าเก้าล้านการทดลอง และช่วยให้นักชีวสารสนเทศสามารถวิเคราะห์เนื้อหาได้อย่างครอบคลุม
การเล่นเกม
วิศวกรสร้างเกมจะต้องทำให้แน่ใจว่าผู้เล่นเกมสามารถเข้าถึงเกมของตนได้โดยแพ็คเก็ตไม่หลุด ไม่เกิดความแออัดบนเครือข่าย หรือมีปัญหาเฟรมตก ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ช่วยให้นักพัฒนาสามารถปรับปรุงกราฟิก จำลองฟิสิกส์ และเรนเดอร์ฉากหลังที่สมจริงได้ การใช้โปรเซสเซอร์หลายรายการของการประมวลผลบนคลาวด์จะช่วยระบบประมวลผลข้อมูลและมอบประสิทธิภาพระดับสูงให้กับผู้เล่นเกมและนักพัฒนา ตัวอย่างเช่น NICE DCV ซึ่งมอบการทำงานระบบเดสก์ท็อประยะไกลและการสตรีมแอปพลิเคชันไปยังอุปกรณ์ต่างๆ ผ่านระบบคลาวด์ ซึ่งทำให้ไม่จำเป็นต้องใช้ระบบเวิร์กสเตชันโดยเฉพาะที่มีราคาสูง เมื่อใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ นักพัฒนาจะได้รับการทำงานประสิทธิภาพสูงที่มีค่าใช้จ่ายที่เหมาะสม
การวิจัยทางการแพทย์
การวิจัยทางการแพทย์คือการวิจัย พัฒนา และผลิตยาและสารเคมีใหม่ๆ ทรัพยากรซูเปอร์คอมพิวเตอร์ช่วยให้นักวิจัยได้รับพลังประมวลผลที่จำเป็นในการตรวจสอบจุดข้อมูลหลายล้านล้านตัวพร้อมกัน ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ที่ทันสมัยนั้นเป็นประโยคต่อทุกภาคส่วน ตั้งแต่การสร้างแบบจำลองโมเลกุลไปจนถึงการผลิตวัสดุใหม่เพื่อการรักษาสุขภาพมนุษย์
Good Chemistry เป็นตัวอย่างการใช้งานจริงของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ บริษัทด้านนวัตกรรมนี้มีเป้าหมายเพื่อสร้างโลกที่ยั่งยืนมากขึ้นโดยการแก้ปัญหาที่ซับซ้อนเกี่ยวกับวัสดุศาสตร์ และได้ใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ในการจำลองการพัฒนาวิธีการแตกพันธะทางเคมีใหม่สำหรับสาร pre และ poly-fluoroalkyl ซึ่งเป็นอันตรายต่อสุขภาพของมนุษย์
ประโยชน์ของซูเปอร์คอมพิวเตอร์มีอะไรบ้าง
ซูเปอร์คอมพิวเตอร์สามารถใช้ทรัพยากรมากมายเพื่อมอบการปฏิบัติการจุดลอยถึงสี่ล้านๆ ตัวตัวต่อวินาที องค์กรมากมายได้ใช้เทคโนโลยีซูเปอร์คอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูงเพื่อเข้าถึงประโยชน์ต่อไปนี้
เร่งเวลาในการเข้าสู่ตลาด
ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ช่วยสนับสนุนการสร้างต้นแบบดิจิทัลของผลิตภัณฑ์ใหม่ที่ซับซ้อน ช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพ และเร่งเวลาในการนำผลิตภัณฑ์เข้าสู่ตลาดในอุตสาหกรรม เช่น เภสัชกรรม การวิจัยความร้อนใต้พิภพ และโดเมนทางคณิตศาสตร์อื่นๆ ระบบการทำงานดังกล่าวจะใช้การประมวลผลแบบขนานเพื่อลดเวลาที่ในการคำนวณที่ซับซ้อนและการจำลองฟิสิกส์ลงได้อย่างมีนัยสำคัญ ซึ่งทำให้การคำนวณที่มักจะต้องใช้เวลาหลายสัปดาห์สามารถดำเนินการจนเสร็จสิ้นได้ในเวลาที่น้อยลงอย่างมาก การเร่งความเร็วให้การจำลองจะช่วยประหยัดเวลาในขั้นตอนการวิจัยและพัฒนาลงไปได้เป็นอย่างมาก
การใช้ AI/ML
เทคโนโลยีปัญญาประดิษฐ์ (AI) และแมชชีนเลิร์นนิง (ML) จำเป็นต้องใช้พลังประมวลผลเป็นจำนวนมหาศาลในการประมวลผลข้อมูลจำนวนมาก ซูเปอร์คอมพิวเตอร์สามารถช่วยคุณจัดการการประมวลผลข้อมูลปริมาณสูง เช่น ปริมาณข้อมูลที่มีจุดข้อมูลล้านล้านตัวต่อวินาที เพื่อสร้างข้อมูลเชิงลึกระดับสูงสำหรับชุดข้อมูลขนาดใหญ่ได้ ซูเปอร์คอมพิวเตอร์เป็นระบบที่ขับเคลื่อน AI และ ML ซึ่งช่วยให้เทคโนโลยีเหล่านั้นทำงานได้ในวงกว้าง
การวิเคราะห์ Big Data
ซูเปอร์คอมพิวเตอร์สามารถวิเคราะห์จุดข้อมูลได้หลายล้านล้านตัวโดยใช้เวลาน้อยลงมากเมื่อเทียบกับการประมวลผลทั่วไป โดยคุณสามารถวิเคราะห์ทั้งชุดข้อมูลขนาดใหญ่ และการดำเนินการจดจำรูปแบบ แยกข้อมูล วิเคราะห์ ตลอดจนการดำเนินการวิเคราะห์ข้อมูลอื่นๆ ได้ ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ช่วยลดความซับซ้อนในการวิเคราะห์ Big Data ในอุตสาหกรรมที่การประมวลผลข้อมูลนับล้านแบบขนานพร้อมกันเป็นเรื่องสำคัญ เช่น การเงิน การวิจัยทางวิทยาศาสตร์ และการแพทย์
ประสิทธิภาพที่รวดเร็วยิ่งขึ้น
ซูเปอร์คอมพิวเตอร์โดยทั่วไปจะเร็วกว่าคอมพิวเตอร์ธรรมดามาก เนื่องจากสามารถดึงทรัพยากรเครื่องมือไอทีได้จากโปรเซสเซอร์ที่ทำงานแบบคู่ขนานกัน โดยอาจเรียกใช้ได้สูงสุดถึงหลายพันตัว ซูเปอร์คอมพิวเตอร์จึงเป็นเครื่องมือที่ขาดไม่ได้ เนื่องจากประสิทธิภาพการทำงานที่สูงขึ้นนั้นได้มีส่วนช่วยให้กระบวนการต่างๆ ที่มีความเกี่ยวข้องกับระบบคอมพิวเตอร์สามารถทำงานได้เร็วขึ้น
ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ทำงานอย่างไร
ระบบซูเปอร์คอมพิวเตอร์จะใช้คลัสเตอร์โหนดการประมวลผลที่กระจายอยู่ทั่วเครือข่ายที่เชื่อมต่อ โดยแต่ละโหนดดังกล่าวจะทำบางส่วนของงานชนิดเดียวกัน และจะทำงานร่วมกันเพื่อส่งมอบผลลัพธ์ที่ซับซ้อนในขั้นสุดท้ายของการประมวล คลัสเตอร์การประมวลผลประสิทธิภาพสูงประกอบด้วยโหนดการประมวลผลหลายร้อยหรือหลายพันโหนด โดยแต่ละโหนดจะมี CPU ประมาณแปดถึง 128 รายการ ซึ่งระบบกริดมิดเดิลแวร์จะเชื่อมต่อทรัพยากรการประมวลผลเหล่านี้เข้ากับแอปพลิเคชันระดับสูงที่ต้องการพลังการประมวลผลเมื่อมีความต้องการใช้งาน
โหนด
โดยส่วนใหญ่ การทำงานของระบบซูเปอร์คอมพิวเตอร์นั้นได้รับการสนับสนุนจากโหนดสามประเภท:
โหนดผู้ใช้งาน
โหนดผู้ใช้งานจะร้องขอทรัพยากรจากกริดการประมวลผล เมื่อผู้ใช้ปลายทางส่งคำขอนี้ ระบบจะส่งต่อคำขอดังกล่าวไปยังมิดเดิลแวร์ แล้วแจ้งกับโหนดทั้งหมดในระบบการประมวลผลแบบกริด
โหนดผู้ให้บริการ
โหนดผู้ให้บริการจะมอบทรัพยากรให้กริดการประมวลผล ซึ่งจะเริ่มดำเนินงานเมื่อได้รับคำขอใหม่ โหนดผู้ให้บริการจำนวนมากรองรับการดำเนินการประมวลผลหลายรายการพร้อมกันแบบคู่ขนาน ด้วยความสามารถในการทำงานหลายจุดต่อวินาที โดยมิดเดิลแวร์จะรวบรวมและส่งกลับผลลัพธ์
โหนดควบคุม
โหนดควบคุมมีหน้าที่ดูแลระบบ และจัดการการจัดสรรทรัพยากรจากโหนดผู้ให้บริการทั้งหมด ระบบสื่อสารมิดเดิลแวร์จะทำงานบนโหนดควบคุมโดยแจกจ่ายงานให้กับผู้ให้บริการเฉพาะ
ส่วนประกอบของระบบซูเปอร์คอมพิวเตอร์มีอะไรบ้าง
ระบบซูเปอร์คอมพิวเตอร์นั้นประกอบด้วยส่วนประกอบสำคัญหลายอย่างที่ทำงานร่วมกันเพื่อมอบการทำงานประสิทธิภาพสูงให้คุณ ด้านล่างนี้เป็นคำอธิบายของส่วนประกอบหลักดังกล่าว
อินเทอร์เฟซเครือข่าย
ระบบซูเปอร์คอมพิวเตอร์จะใช้อินเทอร์เฟซเครือข่ายแบบกำหนดเอง ซึ่งช่วยให้คุณสามารถเรียกใช้แอปพลิเคชันด้วยการสื่อสารระหว่างโหนดได้ อินเทอร์เฟซเหล่านี้จะช่วยเพิ่มประสิทธิภาพให้การสื่อสารระหว่างอินสแตนซ์และช่วยในการปรับขนาดเวิร์กโหลด เทคโนโลยีดังกล่าวจะใช้ทั้ง Message Passing Interface (MPI) และการใช้งาน ML เพื่อมอบการทำงานที่ยืดหยุ่นซึ่งคุณสามารถเรียกใช้ได้ทุกเมื่อที่ต้องการ
โปรโตคอลแสดงผลระยะไกล
ระบบซูเปอร์คอมพิวเตอร์จะใช้โปรโตคอลการแสดงผลระยะไกลเพื่อให้ลูกค้าสามารถเข้าถึงแอปพลิเคชันจากศูนย์ข้อมูลหรือระบบคลาวด์ได้บนอุปกรณ์ของตน โปรโตคอลนี้ช่วยให้คุณสามารถเรียกใช้แอปพลิเคชันที่ต้องใช้ทรัพยากรเป็นจำนวนมากได้จากระยะไกล โดยสตรีมอินเทอร์เฟซผู้ใช้ไปยังอุปกรณ์ที่มีความซับซ้อนน้อยกว่า ส่วนประกอบนี้ทำให้องค์กรไม่จำเป็นต้องติดตั้งระบบสำหรับการทำงานเวิร์กสเตชันโดยเฉพาะที่มีราคาสูง และช่วยให้สามารถนำไปใช้จริงได้อย่างยืดหยุ่น
คู่มือการจัดการคลัสเตอร์
เครื่องมือการจัดการคลัสเตอร์ช่วยให้คุณสามารถจัดการและปรับใช้คลัสเตอร์การประมวลผลประสิทธิภาพสูงได้ เครื่องมือตัวนี้จะมีระบบ GUI ที่เรียบง่าย ซึ่งช่วยให้คุณสามารถเข้าถึงทรัพยากรที่ขับเคลื่อนการทำงานของเครือข่ายกริดได้ คุณสามารถใช้เครื่องมือการจัดการคลัสเตอร์เพื่อส่งคำถาม ดำเนินการประมวลผลแบบขนาน และจัดการคลัสเตอร์ทรัพยากรของคุณได้อย่างมีประสิทธิภาพ
อินเทอร์เฟซแบบรวม
อินเทอร์เฟซแบบรวมจะช่วยให้คุณสามารถใช้บริการ Cloud-Native ร่วมกับคลัสเตอร์แบบขนานได้ โดยสามารถใช้เพียงอินเทอร์เฟซเดียวเพื่อส่งงานไปยังเครือข่ายซูเปอร์คอมพิวเตอร์หรือโครงสร้างพื้นฐานในองค์กรของคุณได้ อินเทอร์เฟซแบบรวมจะช่วยให้คุณสามารถติดตามทรัพยากรการประมวลผลทั้งหมดและช่วยให้แอปพลิเคชันทำงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพ
การระบายความร้อนและการจัดการพลังงาน
ระบบซูเปอร์คอมพิวเตอร์ใช้ระบบระบายความร้อนที่ทรงพลังเพื่อเพิ่มประสิทธิภาพการใช้พลังงาน เนื่องจากระบบเหล่านี้มีการใช้พลังงานการประมวลผลเป็นจำนวนมาก ระบบดังกล่าวจึงจำเป็นต้องมีการระบายความร้อนเพื่อไม่ให้เกิดปัญหาความร้อนสูงเกินกำหนด ระบบที่สามารถใช้พลังงานได้อย่างเต็มประสิทธิภาพจะสามารถทำงานได้มีประสิทธิภาพมากขึ้นและใช้ทรัพยากรน้อยลง
AWS สามารถช่วยสนับสนุนความต้องการด้านซูเปอร์คอมพิวเตอร์ของคุณได้อย่างไร
AWS High-Performance Computing มีระบบเครือข่ายที่รวดเร็วและโครงสร้างพื้นฐานที่แทบไม่มีขีดจำกัด ซึ่งช่วยให้คุณสามารถเรียกใช้การจำลองที่ซับซ้อนและเวิร์กโหลดดีปเลิร์นนิงในระบบคลาวด์ได้ AWS มีชุดผลิตภัณฑ์และบริการ HPC แบบครบวงจรเพื่อช่วยให้คุณรับข้อมูลเชิงลึกได้รวดเร็วยิ่งขึ้น มอบพลังในการประมวลผลมากขึ้น และสามารถปรับขนาดได้อย่างไม่จำกัด ตัวอย่างเช่น
- Amazon EC2 UltraClusters ช่วยให้คุณสามารถปรับขนาดระดับการทำงานเป็นระบบที่ใช้ GPU หรือชิ้นส่วนเร่งการทำงาน ML ได้ถึงหลายพันตัว ซึ่งทำให้สามารถใช้งานระบบซูเปอร์คอมพิวเตอร์ได้ทุกเมื่อที่ต้องการ
- NICE DCV จะมอบโปรโตคอลการแสดงผลระยะไกลประสิทธิภาพสูงพร้อมระบบความปลอดภัยที่ครอบคลุม ต้นทุนที่เหมาะสม และการนำไปใช้จริงที่ยืดหยุ่นเพื่อใช้งานระบบเดสก์ท็อประยะไกล
- AWS ParallelCluster จะทำงานเป็นเครื่องมือจัดการคลัสเตอร์แบบโอเพนซอร์ส ซึ่งช่วยให้คุณปรับขนาดทรัพยากรได้อัตโนมัติ ย้ายไปยังระบบคลาวด์ได้อย่างราบรื่น และจัดการโครงสร้างพื้นฐานคลัสเตอร์ได้อย่างง่ายดาย
เริ่มใช้งานการประมวลผลด้วยซูเปอร์คอมพิวเตอร์บน AWS โดยสร้างบัญชีฟรีวันนี้
