Yüksek Performanslı Bilgi İşlem (HPC) nedir?
Yüksek Performanslı Bilgi İşlem nedir?
Yüksek performanslı bilgi işlem (HPC), trilyonlarca veri noktası arasında karmaşık hesaplamaları eş zamanlı şekilde yapmak için bilgi işlem sistemi gruplarını birleştiren bir BT altyapı stratejisidir. Donanımı nedeniyle tek bir bilgi işlem sisteminin işleme kapasitesi sınırlıdır ve iklim modellemesi, ilaç keşfi, genomik araştırma gibi alanlar için simülasyonlar çalıştırma noktasında yeterince kullanışlı değildir. HPC teknolojileri, işlem hızını katlanarak artırmak için birden fazla bilgi işlem sistemini paralel olarak kullanabilir.
Son yıllarda HPC teknolojileri bilimsel simülasyonlar çalıştırmanın ötesine geçerek yapay zeka modellerini ve iş yüklerini büyük ölçekte çalıştırabilir hale gelmiştir.
HPC kullanım örnekleri nelerdir?
Yüksek performanslı bilgi işlemin kullanım örneklerini akademi, endüstri ve iş dünyası gibi alanlarda bulmak mümkündür.
Medya ve eğlence
Yüksek performanslı kümeler, videoları ve üç boyutlu grafikleri oluşturmak, canlı etkinlikleri yüksek video kalitesinde yayınlamak ve CGI görüntülerini işlemek için gereken bilgi işlem gücünü sağlar. HPC kümeleri, medya işletmelerinin üretim zaman çizelgelerini kısaltmasına, video kodlamasını hızlandırmasına ve prodüksiyon sürecindeki maliyetleri düşürmesine olanak tanır.
Sağlık hizmetleri ve genomik
Sağlık sektörü, HPC'yi genom dizilemesinden protein yapısı tahminine ve hatta ilaç keşif girişimlerine kadar çeşitli şekillerde kullanır. HPC kümelerinde çalışan yapay zeka destekli modeller, ilaçların araştırılmasını ve benimsenmesini daha da iyileştirmeye yardımcı olur.
Hastanelerde görüntü taramalarındaki hastalıkları tespit etmeye, kişiselleştirilmiş tıbbi tedavi planları oluşturmaya ve tıbbi kayıt yönetimini optimize etmeye yardımcı olmak için yüksek performanslı bilgi işlem ile yapay zeka yazılımları birlikte çalışır.
Devlet ve savunma
Yüksek performanslı bilgi işlem; kriptografi, gerçek zamanlı gözetim, istihbarat analizi ve tehdit algılama gibi çeşitli savunma çözümlerine kaynak sağlayan destekleyici bir teknolojidir. Ölçeklenebilir bir kaynak sistemine erişim, devletlerin ulusal güvenlik girişimleri, askeri simülasyonlar ve daha fazlasını yürütmek için ihtiyaç duydukları bilgi işlem gücüne sahip olmalarını güvence altına almaya yardımcı olur.
İklim modelleme
Hava durumu raporları için ve iklim verileri oluşturmak üzere dünya genelindeki akışkan sistemlerinin akışını simüle etmek, muazzam miktarda verinin eş zamanlı olarak işlenmesini gerektirir. HPS, verileri hızla özümsemek ve işlemek için gereken bilgi işlem gücünü sunarak doğal afetleri tahmin eden, hava durumu sistemlerini izleyen ve uzun vadeli iklim değişikliğini tahmin eden kurumlara öngörü sağlamaya yardımcı olur.
Finansal hizmetler
Serbest yatırım fonları, sigorta acenteleri ve bankalar gibi finansal hizmetler; tahmin modellerini çalıştırmak, kredi riskini tahmin etmek ve portföyleri optimize etmek üzere ihtiyaç duydukları verileri işlemek için HPC'yi kullanır. HPC'nin sunduğu bilgi işlem gücü, veri analizini gerçek zamanlı öngörü ile geliştirir.
Otomotiv sektörü
Yüksek güçlü bilgi işlem, otomotiv endüstrisi için hesaplamalı akışkanlar dinamiği, malzeme testi ve çarpışma simülasyonu testlerinde hayati bir teknolojidir. HPC hem tasarımların hızla prototipe dönüştürülmesine ve gerçek zamanlı olarak optimize edilmesine imkan tanır hem de fabrika iş akışlarını simüle etmeye yardımcı olur. HPC aynı zamanda sürücüsüz otomobillerde ve gerçek zamanlı bilgisayarlı görüye dayalı karar verme sistemlerinde merkezi bir teknolojidir.
Siber güvenlik
Yüksek performanslı bilgi işlem, ağ yöneticilerinin anormallikleri saptamak ve olası tehditleri ortaya çıkmadan tespit etmek için trafiği analiz etmesine olanak tanır. HPC ayrıca şifreleme, sistem çapında değerlendirmeler ve gerçek zamanlı tehdit etkisizleştirme için bilgi işlem kaynakları sağlar.
HPC nasıl çalışır?
Yüksek performanslı bilgi işlem, daha güçlü bir çözüm sağlamak için birkaç ayrı sunucunun, bilgisayarın veya iş istasyonunun bilgi işlem gücünü bir araya getirir. Birlikte çalışan birçok düğümün yürüttüğü bu süreç, paralel bilgi işlem olarak bilinir. Bu sistemdeki her bir makineye düğüm adı verilir ve birçok düğüm bir araya gelerek tek bir küme oluşturur. Sistemdeki her düğüm farklı bir görevi yönetmekten sorumludur ve işlem hızını artırmak için hepsi paralel olarak çalışır.
Küme düğümleri
HPC çözümleri birkaç düğüm türü içerir
- Denetleyici düğümleri, daha geniş küme sistemi genelinde çalışmayı koordine eder.
- Çalışan düğümleri veya diğer adıyla bilgi işlem düğümleri her türlü işlemi gerçekleştirir.
- Etkileşimli düğümler veya diğer adıyla oturum açma düğümleri, kullanıcıların HPC sistemine komut satırı veya GUI aracılığıyla bağlanmasına olanak tanır.
HPC kümeleri, her düğümün farklı donanım sunduğu heterojen kümeler ya da her düğümün benzer bir performans kapasitesine sahip olduğu homojen kümeler olabilir.
HPC küme yapıları
İki ana HPC küme yapısı vardır.
Küme bilgi işlem
Paralel bilgi işlem olarak da bilinen küme bilgi işlem, bir küme koleksiyonunun benzer bir işlevde ve benzer bir konumda birlikte çalışmasıdır. Bu yapı, benzer bir ağ topolojisine sahip olması ve fiziksel olarak yakın olması sayesinde düğümler arasındaki gecikme süresini en aza indirir.
Dağıtılmış bilgi işlem
Dağıtılmış bilgi işlem, benzer bir konumda bulunan ya da dünyanın çeşitli yerlerine dağıtılmış kümeleri kullanabilir. Bu küme biçiminin bulut kaynaklarının yanı sıra şirket içi donanımdan da yararlanabilmesi, daha esnek ve ölçeklenebilir bir HPC yaklaşımı sağlar.
HPC işleri nasıl çalışır?
HPC sistemleri, gevşek bağlantılı ve sıkı bağlantılı iş yükleri olarak bilinen iki farklı işlem türünü çalıştırır.
Gevşek bağlantılı iş yükleri
Gevşek bağlantılı iş yükleri, bir HPC sisteminin sistem içinde paralel olarak gerçekleşebilecek diğer işlevlerden bağımsız olarak tamamladığı görevlerdir. Birçok bağımsız görev aynı anda gerçekleşir, bu nedenle bu HPC işleme biçimi bazen paralel iş yükü işleri olarak adlandırılır.
Örneğin, bir video oluştururken, her kare farklı bir görev vazifesi görür. Bir kareyi oluşturan her düğüm aynı depolama alanından oluşturulsa bile; görevi bitirme kabiliyeti, görevini tamamlayan başka herhangi bir düğüme bağlı değildir.
Sıkı bağlantılı iş yükleri
Sıkı bağlantılı iş yükleri, işin bütününü tamamlamak için birbirine gereksinim duyan HPC işleme görevleridir. Kümedeki tüm düğümler arasında bilgi paylaşmak için bir kümenin paylaşılan belleğini ve depolama alanını kullanan bu iş yükleri, birbirlerinin görevi aynı anda tamamlamasına yardımcı olur. Birçok düğümün büyük bir görevi tamamlamak için küçük bilgi parçaları sağladığı sıkı bağlantılı iş yükleri, genellikle gerçek zamanlı koordinasyon gerektirir. Örneğin, bir hava tahmininde her düğüm farklı bir fizik bileşenini simüle etmekten sorumlu olabilir ve nihai hava tahminini oluşturmak için tüm düğümlerden gelen bilgileri birleştirmek gerekir.
Bulutta HPC nedir?
Bulutta yüksek performanslı bilgi işlem, işletmelerin kullandıkları HPC kümesini yönetmeden HPC çözümlerinden yararlanmalarına olanak tanır. Bulutta HPC, pahalı bir şirket içi veri merkezi oluşturmak yerine, işletmelere ihtiyaç duydukları ölçeklenebilir bilgi işlem gücünü sunan uygun maliyetli bir çözümdür.
Üç ayrı trend birleşerek, HPC bulut hizmetlerinin genişlemesini hızlandırmıştır.
Düşük gecikmeli RDMA ağ iletişimi
Uzaktan direkt bellek erişimi (RDMA) teknolojisinin kullanımı, ağ bağlantılı düğümlerin, kendi işletim sistemlerini kullanmak zorunda kalmadan belleğe erişmesini sağlamıştır. Bir düğüme kendi işlemlerini kesintiye uğratmadan diğeriyle etkileşime geçme olanağı tanıyan bu yaklaşım işlem darboğazlarını ortadan kaldırır, gecikme süresini en aza indirir ve aktarım hızını en üst düzeye çıkarır.
Bulut bilgi işleme yönelik artan talep
HPC'nin kullanım örneklerinin çok çeşitli olması nedeniyle, farklı sektörlerdeki birçok işletme artık HPC hizmetlerine ihtiyaç duymaktadır. Bulutta HPC, bu şirketlerin kendi veri merkezlerini inşa etmeden HPC hizmetlerine erişmelerini sağlayarak bu teknolojiyi önemli ölçüde daha erişilebilir hale getirir.
Yaygın yapay zeka kullanımı
HPC bulut hizmetlerine olan talebin artmasının bir başka nedeni de yapay zeka ve makine öğrenimi yazılımlarının yaygın kullanımıdır. Üretken yapay zeka araçları büyük bir bilgi işlem gücüne ihtiyaç duyar. Bu sistemlerin bilgi işlem kaynaklarını ve ölçeklenebilirliğini ise HPC sağlar. HPC, kurumsal ölçekli yapay zeka araçlarından yararlanmak isteyen işletmeler için etkili bir çözümdür.
Bulutta HPC'nin avantajları nelerdir?
Bulutta HPC çalıştırmanın birçok avantajı vardır.
Birleşik ve uzaktan yönetim
Her HPC projesinin kendine özgü altyapı gereksinimleri vardır. Kuruluşun kendi donanımlarını satın alması, kuruluşu yatırım yapabileceği birkaç seçili yapılandırmayla sınırlar. HPC bulutu ise kuruluşlara projelerinin ihtiyaçları doğrultusunda depolama alanı, bilgi işlem, ağ iletişimi ve oturum açma düğümleri, GPU'lar ve iş istasyonları ile diledikleri yapılandırmaları seçme ve birleştirme olanağı tanır. Tüm bu sistemlerle merkezi bir konumdan etkileşim kurmak için bir yönetim konsolu kullanabilirler. Bu imkan, iş akışlarını kolaylaştırır ve küme işlevlerini otomatikleştirerek daha fazla kolaylık sağlar.
Dinamik kaynak tedariki ve ölçeklendirmesi
Yüksek performanslı bulut bilgi işlem sistemleri, işletmelere bilgi işlem kaynak kullanımlarını dinamik olarak ölçeklendirerek, talebi karşılamak için zahmetsizce ölçek artırma veya azaltma olanağı tanır. Bu esneklik verimliliği artırır ve kaynak kullanımını optimize eder.
Yönetilen güncellemeler
Bulut bilgi işlem sağlayıcıları aracılığıyla yönetilen HPC iş yükleri, sistemlerinizi güncel tutmak için otomatik olarak güncellemeler yayınlar. Bu yaklaşım, HPC çözümlerinizin her zaman güncel olmasını ve mümkün olan en etkili hizmeti sunmasını sağlar.
Özel uygulamaları kullanma esnekliği
İşletmeler uygulamalarını bulut sağlayıcılarına getirebilir. Belirli iş yükü gereksinimlerini karşılamak için işletim sistemini ve önceden yüklenmiş yazılımları özelleştirebilirler.
AWS, HPC gereksinimlerinizi nasıl destekleyebilir?
AWS HPC tam olarak yönetilen hizmetler, neredeyse sınırsız HPC bulut altyapısı ile inovasyonu hızlandırmanıza olanak tanır. Örneğin:
- AWS Paralel Bilgi İşlem Hizmeti, yüksek performanslı bilgi işlem iş yüklerinizi barındırabilecek eksiksiz, esnek ortamlar oluşturmak için kullanabileceğiniz, tam olarak yönetilen bir hizmet sunar.
- AWS ParallelCluster, AWS'de HPC kümelerini yönetmeyi kolaylaştıran, açık kaynaklı, her şeyi bir arada sunan bir küme yönetimi aracıdır.
- Amazon Esnek Yapı Bağdaştırıcısı, kullanıcıların HPC ve ML uygulamalarını ihtiyaç duydukları ölçekte çalıştırmalarına yardımcı olarak binlerce GPU veya CPU'ya ölçeklendirme olanağı sunar.
- Amazon DCV, müşterilerin çeşitli ağ koşulları üzerinden uzak masaüstü ve uygulama akışı sunma imkanına güvenli bir yoldan erişmelerine yardımcı olan bir uzaktan görüntüleme protokolüdür.
Hemen ücretsiz bir hesap oluşturarak AWS'de yüksek performanslı bilgi işlemi kullanmaya başlayın.