Điện toán hiệu năng cao AWS là gì?
Điện toán hiệu năng cao AWS là gì?
Điện toán hiệu năng cao (HPC) là một chiến lược cơ sở hạ tầng CNTT kết hợp các nhóm hệ thống máy tính để thực hiện các phép tính đồng thời, phức tạp trên hàng nghìn tỷ điểm dữ liệu. Một hệ thống máy tính đơn lẻ bị hạn chế khả năng xử lý vì phần cứng của nó, nên sẽ không đủ hữu ích để chạy các mô phỏng trong những lĩnh vực như mô hình khí hậu, khám phá thuốc, nghiên cứu gen, và nhiều lĩnh vực khác. Các công nghệ HPC có thể sử dụng nhiều hệ thống tính toán song song để tăng tốc độ xử lý theo cấp số nhân.
Trong những năm gần đây, các công nghệ HPC đã phát triển từ chạy mô phỏng khoa học sang chạy các mô hình AI và khối lượng công việc trên quy mô lớn.
HPC có những trường hợp sử dụng nào?
Các trường hợp sử dụng của điện toán hiệu suất cao tồn tại trên khắp các học viện, ngành công nghiệp và doanh nghiệp.
Truyền thông và giải trí
Các cụm hiệu suất cao cung cấp sức mạnh điện toán cần thiết để hiển thị video và đồ họa 3D, phát trực tiếp các sự kiện với chất lượng video cao và xử lý CGI. Các cụm HPC cho phép các doanh nghiệp truyền thông giảm thời gian sản xuất, đẩy nhanh quá trình mã hóa video và cắt giảm chi phí trong quá trình sản xuất.
Chăm sóc sức khỏe và di truyền
Ngành công nghiệp chăm sóc sức khỏe sử dụng HPC theo nhiều cách, từ giải trình tự bộ gen đến dự đoán cấu trúc protein và thậm chí là trong các sáng kiến khám phá thuốc. Các mô hình hỗ trợ AI hoạt động trên các cụm HPC giúp cải thiện hơn nữa việc nghiên cứu và áp dụng thuốc.
Trong các bệnh viện, điện toán hiệu suất cao hoạt động cùng với phần mềm AI để giúp chẩn đoán bệnh thông qua hình ảnh, tạo kế hoạch điều trị y tế được cá nhân hóa và tối ưu hóa việc quản lý hồ sơ y tế.
Chính phủ và quốc phòng
Điện toán hiệu suất cao là một công nghệ hỗ trợ cung cấp tài nguyên cho một số giải pháp quốc phòng như mật mã hóa, giám sát theo thời gian thực, phân tích tình báo và phát hiện mối đe dọa. Việc truy cập một hệ thống tài nguyên có thể điều chỉnh quy mô giúp các chính phủ đảm bảo rằng họ có được công suất điện toán cần thiết để thực hiện các sáng kiến an ninh quốc gia, mô phỏng quân sự và hơn thế nữa.
Lập mô hình khí hậu
Việc mô phỏng dòng chảy của các hệ thống chất lỏng trên khắp Trái Đất để đưa ra báo cáo thời tiết và tạo dữ liệu khí hậu đòi hỏi phải xử lý đồng thời một lượng dữ liệu khổng lồ. HPS cung cấp công suất điện toán cần thiết để nhanh chóng đồng hóa và xử lý dữ liệu, giúp cung cấp thông tin chi tiết cho các cơ quan dự đoán thiên tai, giám sát hệ thống thời tiết và dự báo biến đổi khí hậu lâu dài.
Dịch vụ tài chính
Các dịch vụ tài chính, như quỹ phòng hộ, cơ quan bảo hiểm và ngân hàng, sử dụng HPC để xử lý dữ liệu mà họ cần để vận hành các mô hình dự báo, dự đoán rủi ro tín dụng và tối ưu hóa danh mục đầu tư. Công suất điện toán mà HPC cung cấp giúp cải thiện phân tích dữ liệu với thông tin chuyên sâu theo thời gian thực.
Công nghiệp ô tô
Điện toán công suất cao là một công nghệ quan trọng trong quá trình tính toán động lực học chất lỏng, thử nghiệm vật liệu và thử nghiệm mô phỏng va chạm cho ngành công nghiệp ô tô. HPC cung cấp khả năng xây dựng nguyên mẫu nhanh chóng và tối ưu hóa thiết kế theo thời gian thực, đồng thời giúp mô phỏng quy trình làm việc của nhà máy. HPC cũng là một công nghệ trung tâm trong lĩnh vực ô tô tự lái và ra quyết định dựa trên thị giác máy tính theo thời gian thực.
An ninh mạng
Điện toán hiệu suất cao cho phép quản trị viên mạng phân tích lưu lượng truy cập để phát hiện sự bất thường và xác định các mối đe dọa tiềm ẩn trước khi chúng xảy ra. HPC cũng cung cấp tài nguyên điện toán để mã hóa, đánh giá toàn hệ thống và vô hiệu hóa mối đe dọa theo thời gian thực.
HPC hoạt động như thế nào?
Điện toán hiệu năng cao tổng hợp sức mạnh điện toán của một số máy chủ, máy tính hoặc máy trạm riêng lẻ để cung cấp một giải pháp mạnh mẽ hơn. Quá trình nhiều nút làm việc cùng nhau này được gọi là điện toán song song. Mỗi máy riêng lẻ trong hệ thống này được gọi là một nút, và nhiều nút kết hợp với nhau để tạo thành một cụm. Mỗi nút trong hệ thống chịu trách nhiệm quản lý một nhiệm vụ khác nhau và tất cả đều hoạt động song song để tăng tốc độ xử lý.
Các nút cụm
Các giải pháp HPC bao gồm một vài loại nút
- Các nút điều khiển phối hợp công việc trên hệ thống cụm rộng hơn.
- Các nút thợ hoặc các nút điện toán sẽ thực hiện bất kỳ quá trình xử lý nào.
- Các nút tương tác hoặc nút đăng nhập cho phép người dùng kết nối với hệ thống HPC thông qua dòng lệnh hoặc GUI.
Các cụm HPC có thể không đồng nhất, khi mỗi nút cung cấp phần cứng khác nhau hoặc đồng nhất, khi mỗi nút có khả năng hiệu suất tương đương.
Cấu trúc cụm HPC
Có hai cấu trúc cụm HPC chính.
Điện toán cụm
Điện toán cụm, còn được gọi là điện toán song song, là nơi tập hợp các cụm hoạt động cùng nhau trên một chức năng tương tự và ở một vị trí tương tự. Cấu trúc này giảm thiểu độ trễ giữa các nút thông qua cấu trúc liên kết mạng tương đương và gần nhau về mặt vật lý của nó.
Điện toán phân tán
Điện toán phân tán có thể sử dụng các cụm nằm ở một vị trí tương tự hoặc phân phối trên toàn cầu. Định dạng cụm này có thể lấy từ phần cứng tại chỗ cùng với tài nguyên đám mây, cung cấp cách tiếp cận linh hoạt và có khả năng mở rộng hơn cho HPC.
Các công việc HPC hoạt động như thế nào?
Các hệ thống HPC chạy hai loại quy trình khác nhau, được gọi là khối lượng công việc được liên kết phụ thuộc.
Khối lượng công việc được liên kết ít phụ thuộc
Khối lượng công việc được liên kết ít phụ thuộc là các tác vụ mà hệ thống HPC hoàn thành độc lập với các chức năng khác có thể diễn ra song song trong hệ thống. Nhiều tác vụ độc lập xảy ra đồng thời, vì vậy hình thức xử lý HPC này đôi khi được gọi là công việc tải song song.
Ví dụ, khi kết xuất một video, mỗi khung hình đóng vai trò là một tác vụ khác nhau. Mặc dù mỗi nút thực hiện kết xuất một khung hình có thể truy xuất từ cùng một bộ lưu trữ, nhưng khả năng hoàn thành tác vụ của nó không phụ thuộc vào việc bất kỳ nút nào khác hoàn thành tác vụ của chúng.
Khối lượng công việc được liên kết phụ thuộc
Khối lượng công việc được liên kết phụ thuộc là các tác vụ xử lý HPC phụ thuộc vào nhau để hoàn thành công việc tổng thể. Các khối lượng công việc này sử dụng bộ nhớ và kho lưu trữ chung của cụm để chia sẻ thông tin giữa tất cả các nút trong cụm, giúp mỗi nút đồng thời hoàn thành nhiệm vụ của mình. Khối lượng công việc được liên kết phụ thuộc thường yêu cầu sự phối hợp theo thời gian thực, trong đó, nhiều nút cùng hoạt động để cung cấp các mẩu thông tin nhỏ, từ đó hoàn thành một nhiệm vụ lớn hơn. Ví dụ, mỗi nút có thể chịu trách nhiệm mô phỏng một thành phần vật lý riêng biệt trong dự báo thời tiết và việc kết hợp thông tin từ tất cả các nút là cần thiết để hiển thị dự báo thời tiết cuối cùng.
HPC trong đám mây là gì?
Điện toán hiệu suất cao trong đám mây cho phép các doanh nghiệp tận dụng các giải pháp HPC mà không cần quản lý cụm HPC mà họ sử dụng. Thay vì xây dựng một trung tâm dữ liệu tại chỗ với chi phí cao, HPC trên đám mây là một giải pháp hiệu quả về chi phí, cung cấp cho các doanh nghiệp sức mạnh điện toán có khả năng mở rộng mà họ cần.
Ba xu hướng hội tụ đã thúc đẩy sự mở rộng của các dịch vụ đám mây HPC.
Mạng RDMA có độ trễ thấp
Việc sử dụng truy cập bộ nhớ trực tiếp từ xa (RDMA) đã cho phép các nút mạng truy cập bộ nhớ mà không cần sử dụng hệ điều hành của chúng. Cách tiếp cận này đảm bảo rằng một nút có thể tương tác với nút khác mà không làm gián đoạn các quy trình của nó, loại bỏ tắc nghẽn quy trình, giảm thiểu độ trễ và tối đa hóa thông lượng.
Nhu cầu về điện toán đám mây ngày càng tăng
Do nhiều trường hợp sử dụng cho HPC, nhiều doanh nghiệp trong các ngành khác nhau hiện đang cần dịch vụ HPC. HPC trên đám mây cho phép các công ty này truy cập các dịch vụ HPC mà không cần xây dựng trung tâm dữ liệu của riêng mình, làm cho công nghệ này dễ tiếp cận hơn đáng kể.
Sử dụng AI rộng rãi
Một nguyên nhân khác của nhu cầu ngày càng tăng đối với các dịch vụ đám mây HPC là việc sử dụng rộng rãi AI và phần mềm học máy. Các công cụ AI tạo sinh cần rất nhiều sức mạnh điện toán, trong đó HPC cung cấp các tài nguyên tính toán và khả năng mở rộng cho các hệ thống này. HPC là một giải pháp hiệu quả cho các doanh nghiệp muốn sử dụng các công cụ AI ở quy mô doanh nghiệp.
Lợi ích của HPC trên đám mây là gì?
Có một số lợi ích của việc chạy HPC trên đám mây.
Quản lý thống nhất và từ xa
Mỗi dự án HPC đều có các yêu cầu cơ sở hạ tầng riêng biệt. Việc tự mua hàng hạn chế tổ chức trong việc chọn cấu hình để đầu tư. Tuy nhiên, đám mây HPC cho phép các tổ chức lựa chọn và kết hợp các cấu hình đa dạng của các nút lưu trữ, điện toán, mạng và đăng nhập, GPU và máy trạm theo yêu cầu cho dự án của họ. Họ có thể sử dụng bảng điều khiển quản lý để tương tác với tất cả các hệ thống này từ một vị trí trung tâm. Điều này hợp lý hóa quy trình làm việc và tự động hóa các chức năng cụm để tăng thêm sự thuận tiện.
Cung cấp và điều chỉnh quy mô tài nguyên động
Các hệ thống điện toán đám mây hiệu suất cao cho phép các doanh nghiệp điều chỉnh quy mô sử dụng tài nguyên điện toán của họ một cách linh hoạt, dễ dàng mở rộng hoặc thu hẹp để đáp ứng nhu cầu. Tính linh hoạt này giúp cải thiện hiệu quả và tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên.
Các bản cập nhật được quản lý
Các luồng công việc HPC được quản lý thông qua các nhà cung cấp điện toán đám mây sẽ tự động phát hành các bản cập nhật để giữ cho hệ thống của bạn được cập nhật. Cách tiếp cận này đảm bảo rằng các giải pháp HPC của bạn luôn được cập nhật và cung cấp dịch vụ hiệu quả nhất có thể.
Tính linh hoạt để sử dụng các ứng dụng tùy chỉnh
Các doanh nghiệp có thể đưa ứng dụng của mình đến nhà cung cấp đám mây của họ. Họ có thể tùy chỉnh hệ điều hành và phần mềm được cài đặt sẵn để đáp ứng các yêu cầu khối lượng công việc cụ thể.
AWS có thể hỗ trợ các yêu cầu của bạn về HPC như thế nào?
Các dịch vụ được quản lý hoàn toàn của AWS HPC cho phép bạn tăng tốc đổi mới với cơ sở hạ tầng đám mây HPC hầu như không giới hạn. Ví dụ
- Dịch vụ điện toán song song AWS cung cấp một dịch vụ được quản lý toàn bộ mà bạn có thể sử dụng để xây dựng các môi trường hoàn chỉnh, linh hoạt, có khả năng chạy các khối lượng công việc tính toán hiệu năng cao của bạn.
- AWS ParallelCluster là một công cụ quản lý cụm mã nguồn mở tổng hợp mọi tính năng giúp đơn giản hóa việc quản lý các cụm HPC trên AWS.
- Amazon Elastic Fabric Adapter giúp người dùng chạy các ứng dụng HPC và ML ở quy mô họ cần, cung cấp khả năng điều chỉnh quy mô lên hàng nghìn GPU hoặc CPU.
- Amazon DCV là một giao thức hiển thị từ xa giúp khách hàng truy cập một cách an toàn để cung cấp máy tính để bàn từ xa và phát trực tuyến ứng dụng qua các điều kiện mạng khác nhau.
Bắt đầu với điện toán hiệu năng cao trên AWS bằng cách tạo tài khoản miễn phí ngay hôm nay.