Điện toán siêu máy tính là gì?
Điện toán siêu máy tính là quá trình sử dụng lượng tài nguyên CPU khổng lồ và kết nối mạng tốc độ cao để xử lý dữ liệu phức tạp trên quy mô lớn. Một số trường hợp sử dụng nhất định, như mô phỏng khoa học địa lý hoặc phân tích ADN, đòi hỏi xử lý đồng thời hàng tỷ hoặc thậm chí hàng nghìn tỷ điểm dữ liệu trong khoảng thời gian ngắn. Công nghệ điện toán siêu máy tính là một dạng điện toán hiệu năng cao sử dụng hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn nút hoạt động song song để cùng nhau giải quyết các vấn đề phức tạp. Các nút điện toán siêu máy tính được tối ưu hóa ở mức cao với các trình tăng tốc dựa trên phần cứng để thực hiện việc tính toán, trao đổi và tích hợp dữ liệu ở tốc độ mà các máy thông thường không thể đạt được.
Điện toán siêu máy tính có những trường hợp sử dụng nào?
Điện toán siêu máy tính có một loạt các ứng dụng. Dù không phải là một danh sách đầy đủ, đây là một lựa chọn các ví dụ chứng minh cách các doanh nghiệp sử dụng điện toán siêu máy tính.
Động lực học chất lưu sử dụng điện toán
Động lực học chất lưu sử dụng điện toán (CFD) là quá trình sử dụng mô hình toán học phức tạp để theo dõi sự truyền nhiệt, chuyển động của chất lỏng, động lượng và các quá trình liên quan khác. CFD dựa vào việc nhanh chóng tạo ra các phép mô phỏng toàn diện mà điện toán siêu máy tính cho thấy năng lực xuất sắc trong việc tạo ra. Ví dụ: Công thức 1 sử dụng công nghệ động lực học chất lưu sử dụng điện toán để kiểm tra các đặc tính khí động học của ô tô. Sử dụng điện toán siêu máy tính, họ có thể mô phỏng các chi tiết khác nhau khi thiết kế xe, giảm thời gian đưa ra thị trường và tăng hiệu quả.
Nghiên cứu gen
Sức mạnh xử lý tiên tiến của điện toán siêu máy tính rất hữu ích khi nghiên cứu cấu trúc, chức năng và bản đồ rất phức tạp của bộ gen. Phép toán 4 triệu tỷ dấu phẩy động mỗi giây mà siêu máy tính cung cấp cho phép các nhà nghiên cứu tiến hành nghiên cứu gen trên quy mô lớn. Như một ví dụ trong thế giới thực, Thư viện Y khoa Quốc gia sử dụng các siêu máy tính mạnh mẽ để tạo ra cơ sở dữ liệu Sequence Read Archive (SRA). SRA có kết quả giải trình tự từ hơn chín triệu thí nghiệm và cho phép các nhà thông tin sinh học phân tích nội dung của nó một cách toàn diện.
Trò chơi
Các kỹ sư trò chơi phải đảm bảo rằng game thủ có thể truy cập trò chơi của họ mà không bị mất gói, tắc nghẽn hoặc mất khung hình. Siêu máy tính cho phép các nhà phát triển nâng cao đồ họa, mô phỏng vật lý và hiển thị các cài đặt thực tế. Nhiều bộ xử lý của điện toán đám mây giúp xử lý dữ liệu và cung cấp hiệu suất cao cho các game thủ và nhà phát triển. Ví dụ: NICE DCV cung cấp máy tính để bàn từ xa và phát trực tuyến ứng dụng đến bất kỳ thiết bị nào thông qua đám mây. Sự hỗ trợ này giúp loại bỏ nhu cầu về các máy trạm chuyên dụng đắt tiền. Bằng cách sử dụng các siêu máy tính này, các nhà phát triển có thể đạt được hiệu suất cao trong khi tối ưu hóa chi phí.
Nghiên cứu y học
Nghiên cứu y học là nghiên cứu, phát triển và sản xuất dược phẩm và hóa chất mới. Tài nguyên điện toán siêu máy tính cung cấp cho các nhà nghiên cứu sức mạnh xử lý cần thiết để điều tra hàng nghìn tỷ điểm dữ liệu cùng một lúc. Các siêu máy tính hiện đại giúp đỡ ở mọi nơi, từ mô hình phân tử đến sản xuất vật liệu mới cho sức khỏe con người.
Good Chemistry là một ví dụ về siêu máy tính trong thực tế. Công ty sáng tạo này có mục đích tạo ra một thế giới bền vững hơn bằng cách giải quyết các vấn đề phức tạp liên quan đến khoa học vật liệu. Công ty sử dụng điện toán siêu máy tính để mô phỏng sự phát triển của những cách mới nhằm phá vỡ các liên kết hóa học của các chất có nguyên tử flo liên kết với chuỗi alkin gây bất lợi cho sức khỏe con người.
Điện toán siêu máy tính mang lại lợi ích gì?
Siêu máy tính có thể tập hợp tài nguyên để cung cấp hàng nghìn tỷ phép toán dấu phẩy động mỗi giây. Các tổ chức sử dụng công nghệ điện toán siêu máy tính hiệu suất cao này để có các lợi ích sau.
Đẩy nhanh thời gian đưa ra thị trường
Điện toán siêu máy tính hỗ trợ tạo mẫu kỹ thuật số của các sản phẩm mới phức tạp, cải thiện hiệu quả và đẩy nhanh thời gian đưa ra thị trường trong các ngành công nghiệp như dược phẩm, nghiên cứu địa nhiệt và các lĩnh vực toán học khác. Công nghệ này sử dụng xử lý song song để giảm đáng kể thời gian cần thiết để hoàn thành các tính toán phức tạp và phép mô phỏng vật lý. Các tính toán thường mất vài tuần giờ được hoàn thành trong một phần nhỏ thời gian đó. Bạn có thể tăng tốc độ của các giai đoạn nghiên cứu và phát triển bằng cách tăng tốc mô phỏng.
Áp dụng AI/ML
Các công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) và máy học (ML) đòi hỏi sức mạnh tính toán khổng lồ để xử lý số lượng dữ liệu lớn. Bạn có thể sử dụng điện toán siêu máy tính để xử lý dữ liệu khối lượng lớn, như hàng nghìn tỷ điểm dữ liệu mỗi giây, để cung cấp mức độ hiểu biết cao về các tập dữ liệu khổng lồ. Điện toán siêu máy tính cung cấp năng lượng cho AI và ML, cho phép các công nghệ đó hoạt động trên quy mô lớn.
Phân tích dữ liệu lớn
Siêu máy tính có thể phân tích hàng nghìn tỷ điểm dữ liệu trong khoảng thời gian nhỏ hơn rất nhiều so với thông thường. Bạn có thể phân tích các tập dữ liệu khổng lồ, cũng như thực hiện nhận dạng mẫu, trích xuất dữ liệu, phân tích và các hoạt động phân tích dữ liệu khác. Điện toán siêu máy tính giúp tinh giản hoạt động phân tích dữ liệu lớn trong các ngành công nghiệp mà việc xử lý song song hàng triệu dữ liệu cùng một lúc là rất quan trọng — như tài chính, nghiên cứu khoa học và y học.
Hiệu suất nhanh hơn
Siêu máy tính điển hình nhanh hơn nhiều so với các máy tính thông thường vì công cụ CNTT lấy tài nguyên từ hàng nghìn bộ xử lý song song. Siêu máy tính là một công cụ không thể thiếu – hiệu suất cao hơn của chúng giúp tăng tốc độ của bất kỳ quy trình nào liên quan đến máy tính.
Điện toán siêu máy tính hoạt động như thế nào?
Điện toán siêu máy tính sử dụng các cụm nút điện toán trải rộng trên một mạng được kết nối. Mỗi nút thực hiện một tập hợp con của cùng một nhiệm vụ để chúng cùng nhau tính toán một kết quả phức tạp cuối cùng. Một cụm điện toán hiệu suất cao được tạo thành từ hàng trăm hoặc thậm chí hàng nghìn nút điện toán, trong đó mỗi nút chứa khoảng 8 đến 128 CPU. Phần mềm trung gian lưới sau đó kết nối các tài nguyên điện toán này với các ứng dụng cấp cao yêu cầu sức mạnh xử lý khi cần thiết.
Nút
Ba loại nút tạo hỗ trợ cho hầu hết các chức năng của điện toán siêu máy tính:
Nút người dùng
Nút người dùng yêu cầu tài nguyên từ lưới điện toán. Khi người dùng cuối thực hiện yêu cầu này, yêu cầu sẽ đi qua phần mềm trung gian và thông báo tất cả các nút trên hệ thống điện toán lưới.
Nút nhà cung cấp
Một nút nhà cung cấp cung cấp tài nguyên cho lưới điện toán. Khi nhận được một yêu cầu mới, các nút nhà cung cấp bắt đầu thực hiện nhiệm vụ. Nhiều nút nhà cung cấp cho phép xử lý đa nhiệm đối xứng với khả năng hoạt động điểm cao mỗi giây. Phần mềm trung gian thu thập và trả về kết quả.
Nút điều khiển
Nút điều khiển hoạt động như một quản trị viên, quản lý việc phân bổ tất cả các tài nguyên của nút nhà cung cấp. Trình giao tiếp phần mềm trung gian chạy trên nút điều khiển, phân phối các tác vụ cho các nhà cung cấp cụ thể.
Các thành phần của một hệ thống điện toán siêu máy tính là gì?
Một hệ thống điện toán siêu máy tính bao gồm một số thành phần cốt lõi làm việc cùng nhau để mang lại hiệu suất cao. Dưới đây là một lời giải thích về các thành phần chính.
Giao diện mạng
Điện toán siêu máy tính sử dụng các giao diện mạng tùy chỉnh cho phép bạn chạy các ứng dụng với giao tiếp giữa các nút. Các giao diện này nâng cao hiệu suất của giao tiếp giữa các phiên bản và giúp mở rộng khối lượng công việc. Các công nghệ này kết hợp Giao diện truyền thông điệp (MPI) và ứng dụng ML để cung cấp độ linh hoạt theo yêu cầu.
Giao thức hiển thị từ xa
Điện toán siêu máy tính sử dụng giao thức hiển thị từ xa, vì vậy khách hàng có thể truy cập các ứng dụng từ trung tâm dữ liệu hoặc đám mây trên thiết bị của họ. Giao thức này cho phép bạn chạy các ứng dụng chuyên sâu từ xa, truyền giao diện người dùng đến các thiết bị đơn giản hơn. Thành phần này giúp loại bỏ nhu cầu về các máy trạm chuyên dụng đắt tiền và cung cấp quy trình triển khai linh hoạt.
Công cụ quản lý cụm
Các công cụ quản lý cụm cho phép bạn quản lý và triển khai các cụm điện toán hiệu suất cao. Công cụ này gồm một GUI đơn giản để cung cấp cho bạn quyền truy cập vào các tài nguyên hỗ trợ mạng lưới điện toán. Bạn có thể sử dụng công cụ quản lý cụm để gửi truy vấn, thực hiện xử lý song song và quản lý hiệu quả các cụm tài nguyên của mình.
Giao diện hợp nhất
Giao diện hợp nhất cho phép bạn sử dụng các dịch vụ hoạt động trên đám mây phối hợp với các cụm song song. Bạn có thể sử dụng một giao diện duy nhất để gửi công việc đến mạng lưới siêu máy tính hoặc cơ sở hạ tầng tại chỗ của mình. Giao diện hợp nhất cho phép bạn theo dõi tất cả các tài nguyên điện toán của mình và tối đa hóa hiệu suất ứng dụng.
Làm mát và quản lý điện năng
Các hệ thống điện toán siêu máy tính sử dụng các hệ thống làm mát mạnh mẽ để tăng hiệu quả năng lượng. Vì các hệ thống này sử dụng nhiều sức mạnh điện toán, chúng cần giúp được làm mát để không bị quá nhiệt. Các hệ thống tiết kiệm năng lượng có thể mang lại hiệu suất cao trong khi tiêu thụ ít tài nguyên hơn.
AWS có thể hỗ trợ các yêu cầu về điện toán siêu máy tính của bạn bằng cách nào?
Điện toán hiệu năng cao của AWS cung cấp kết nối mạng nhanh và cơ sở hạ tầng hầu như không giới hạn, cho phép bạn chạy các phép mô phỏng phức tạp và khối lượng công việc học sâu trên đám mây. AWS cung cấp toàn bộ các sản phẩm và dịch vụ HPC để cung cấp cho bạn thông tin chuyên sâu nhanh hơn, sức mạnh điện toán cao hơn và khả năng điều chỉnh quy mô không giới hạn. Ví dụ:
- Amazon EC2 UltraClusters giúp bạn mở rộng quy mô lên hàng nghìn GPU hoặc trình tăng tốc ML, mang lại khả năng sử dụng siêu máy tính theo yêu cầu.
- NICE DCV cung cấp giao thức hiển thị từ xa hiệu suất cao với khả năng bảo mật toàn diện, chi phí tối ưu hóa và hoạt động triển khai linh hoạt cho máy tính để bàn từ xa.
- AWS ParallelCluster hoạt động như một công cụ quản lý cụm nguồn mở, cho phép bạn tự động mở rộng quy mô tài nguyên, di chuyển liền mạch lên đám mây và dễ dàng quản lý cơ sở hạ tầng cụm.
Bắt đầu sử dụng điện toán siêu máy tính trên AWS bằng cách tạo tài khoản miễn phí ngay hôm nay.
