Intelligenza di mercato in tempo reale, modellazione anatomica umana, esplorazione industriale predittiva, scienza spaziale e molto altro le spedizioni umane guidano il mondo attuale in un futuro inimmaginabile, dovuto in gran parte al calcolo ad alte prestazioni (HPC).
Nonostante richiedano enormi risorse, i programmi di calcolo ad alte prestazioni continuano a diffondersi, grazie all'invenzione dei supercomputer e all'ampia implementazione del cloud computing. Queste tecnologie semplificano la vita, supportando un'elaborazione dei dati rapida e insondabile.
Alcune applicazioni dell'HPC stanno ridisegnando il modo in cui la scienza ti servirà in futuro. Ma prima, cos'è il calcolo ad alte prestazioni?
Che cos'è l'informatica ad alte prestazioni?
Il calcolo ad alte prestazioni si riferisce alla capacità di un sistema di elaborare un'enorme quantità di dati ed eseguire rapidamente modelli complessi. I programmi HPC, quindi, richiedono un'enorme potenza di calcolo per elaborare terabyte, petabyte o persino zettabyte di dati in tempo reale.
Pertanto, HPC si basa sul principio dell'elaborazione, della rete e dell'archiviazione dei dati.
Detto questo, ecco alcune importanti applicazioni della tecnologia ad alte prestazioni che hanno influenzato il mondo.
1. Salute cardiovascolare predittiva
Senza dubbio, l'insufficienza cardiaca è pericolosa per la vita. E forse una delle sfide affrontate nel tentativo di comprenderne i meccanismi sono le differenze nella risposta anatomica del cuore alle varie condizioni. Di conseguenza, diventa difficile prevederne il comportamento in tempo reale.
Per fortuna, stanno arrivando alcune soluzioni basate su HPC.
Ad esempio, IBM, insieme a un laboratorio di difesa, ha simulato storicamente i meccanismi omeostatici del cuore umano a livello molecolare utilizzando uno dei i supercomputer più veloci del mondo, Sequoia, nel 2012.
Hanno sfruttato l'elevata velocità di calcolo di Sequioa per costruire un modello scalabile chiamato "Cardioid" per imitare e ricostruire il cuore umano. E a differenza dei programmi precedenti che potevano simulare solo una decina di battiti cardiaci o meno, il programma Cardioid poteva imitare migliaia di battiti cardiaci. Inoltre, era 300 volte più veloce della maggior parte dei modelli.
Il progetto Cardioid di IBM non è l'unico programma di calcolo ad alte prestazioni che rivoluziona la salute cardiaca, Sistemi Dassault Anche il progetto Living Heart è notevole.
Quindi, puoi aspettarti di vedere farmaci e vari regimi testati su un cuore simulato prima di essere somministrati agli umani. Questi programmi HPC promettono anche di migliorare i dispositivi cardiovascolari e il posizionamento degli organi durante gli interventi chirurgici.
Nel 2018, Google ha anche sviluppato un modello di deep learning che predice i rischi di malattie cardiovascolari utilizzando la visione artificiale da immagini della retina scansionate.
La tecnologia funziona valutando i vasi sanguigni oculari e quindi utilizzandoli per prevedere la pressione sanguigna sistolica e identificare altri indicatori di rischio.
Tale programma aiuta la diagnosi precoce dei problemi cardiovascolari, che è una chiave per la loro prevenzione.
Detto questo, stanno nascendo anche modelli di intelligenza artificiale con elettrocardiogramma simulato (ECG) per aiutare una diagnosi efficace per le persone con anomalie ventricolari. Di conseguenza, mentre gli interventi chirurgici a cuore aperto stanno avendo più successo, il mondo sta andando alla deriva verso un era in cui pazienti e medici sono più fiduciosi che mai sull'esito degli interventi chirurgici al cuore.
Un'applicazione di successo della modellazione cardiovascolare è il rapporto di Salute della CNN della simulazione 3D del cuore di una bambina di 4 anni al Nicklaus Children Hospital nel 2015. È fenomenale, poiché i chirurghi sono stati in grado di operare una versione simulata del cuore del paziente e prevedere le migliori procedure operative prima dell'intervento vero e proprio.
2. Comprendere il genoma virale
Sebbene il genoma virale possa essere sequenziato, è difficile comprendere la sua patologia invasiva in tempo reale poiché muta. Ma grazie al calcolo ad alte prestazioni, le simulazioni innovative di questi meccanismi si stanno evolvendo. E sta aiutando i decisori.
Un esempio più recente di un'applicazione di calcolo ad alte prestazioni, in questo caso, è CSIRO esplorazione del genoma completo del COVID-19, che hanno simulato su un supercomputer CSIRO all'inizio del 2020.
Il team di CSIRO Data61 ha simulato con successo il meccanismo di legame di COVID-19 al recettore ACE2 umano.
Il COVID-19 è un virus in mutazione attiva. Ma una simulazione del suo meccanismo d'azione aiuta i ricercatori a comprendere la maggior parte dei suoi comportamenti in evoluzione. Una tale svolta non solo aiuta gli scienziati a sapere dove un vaccino dovrebbe mirare a un genoma virale COVID-19. Ma è anche un modello per lo sviluppo di un modello comportamentale predittivo per alcuni degli agenti infettivi più famosi mai conosciuti.
Di conseguenza, lo sviluppo di farmaci e vaccini diventa più economico, più veloce e più efficiente nella lotta a vari agenti infettivi.
È possibile che questo possa aiutare gli scienziati a identificare i supergeni umani che potrebbero resistere alle infezioni.
3. Tecnologia di guida autonoma
L'algoritmo necessario per far funzionare un veicolo senza conducente è complicato e deve elaborare molti calcoli complessi in tempo reale. In sostanza, un camion o un'auto autonomi non possono permettersi un ritardo in nessuna delle sue funzionalità. Pertanto, hanno bisogno di una velocità di elaborazione altamente affidabile per funzionare.
Simulazioni di incidenti, rilevamento ostacoli, risposta rapida e accurata ai sensi sono le caratteristiche chiave dei veicoli senza conducente per navigare in modo intelligente e sicuro.
Ovviamente, lo scopo della creazione di auto a guida autonoma è sfruttare l'accuratezza del deep learning per ridurre gli incidenti stradali e prevedere con precisione dove navigare.
I giganti della tecnologia e dell'automobile, tra cui Tesla, Waymo, Toyota, Honda, Volkswagen, tra gli altri, stanno intensificando i loro sforzi per testare auto senza conducente conformi agli standard di sicurezza stradale pubblica.
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Tuttavia, molte persone sono scettiche sulle auto a guida autonoma. Ma questa tecnologia, se implementata con successo, cambierà il volto del trasporto. E forse promuovere una spinta verso una strada più sicura e un consumo di carburante ottimizzato.
4. Realtà aumentata
Con le tecnologie in evoluzione e i progressi nel cloud computing, la realtà aumentata, senza dubbio, trasformerà le fantasie in realismo.
La realtà aumentata può aiutarti a scegliere e testare i prodotti che acquisti. E ti sembra di vederli fisicamente. L'AR consente di testare l'aspetto su di te di prodotti come vestiti e accessori prima di acquistarli.
Sta emergendo anche nelle operazioni militari. Un esempio è Sistema integrato di potenziamento visivo di Microsoft (IVAS), che aiuta i soldati a vedere attraverso le loro intere coordinate in tempo reale.
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Nello sport, i giocatori possono persino allenarsi virtualmente utilizzando la tecnologia VR. L'immersione nella realtà virtuale è anche una tecnologia in evoluzione che promuoverà visioni più realistiche in futuro.
Le grandi aziende tecnologiche, tra cui Microsoft, Google, tra le altre, hanno investito in questa tecnologia di elaborazione ad alte prestazioni. E con ulteriori progressi, pensiamo che il mondo sarà sconcertato quando la TV e i giochi verranno arricchiti con paesaggi e prospettive realistici.
5. Monitoraggio del tempo solare della NASA
La NASA, nel 2019, ha sfruttato l'elaborazione ad alte prestazioni per monitorare da remoto l'estrema natura irradiante ultravioletta del sole che causa i brillamenti solari, il disgregatore del clima solare.
Le condizioni meteorologiche del sistema solare influenzano il lancio di veicoli spaziali, satelliti e stazioni solari. Pertanto, per sostenere l'esplorazione umana nello spazio e proteggere la terra, è necessario monitorare i cambiamenti del tempo solare nel tempo.
E, naturalmente, una distorsione del tempo solare può ugualmente influenzare le utenze trasmittenti della terra, specialmente quelle che dipendono in un modo o nell'altro dal sistema solare.
La NASA utilizza uno strumento spaziale dedicato chiamato EVE MEGS-A per catturare le attività del sole. Ma dichiarato nel suo documento di ricerca pubblicato su Progressi scientifici, che il suo nuovo modello di deep learning colmerà il vuoto se EVE MEGS-A non funziona correttamente.
Quindi, in collaborazione con il Frontier Development Lab, la NASA ha simulato con successo lo strumento dell'osservatorio solare attraverso un modello di reti neurali profonde. Poiché è in tempo reale e dinamica, questa soluzione si traduce in un rapido processo decisionale.
Questa è un'applicazione che cambia la vita del computing ad alte prestazioni, poiché aiuta gli astronauti e le agenzie di regolamentazione a prendere decisioni importanti prima di un disastro imminente.
6. Produzione aeronautica e aerodinamica
Il calcolo ad alte prestazioni è applicabile anche alla produzione. Molte industrie ora utilizzano questa tecnologia per modellare e prevedere come si comportano i materiali non ancora scoperti. Pertanto, crea un gateway per la creazione di nuovi materiali industriali.
La fluidodinamica computazionale è una delle aree in cui l'HPC ha trovato il suo scopo. La simulazione di turbine eoliche, parti dell'aviazione e la previsione della resistenza dei materiali ha portato all'invenzione di alcuni prodotti che cambiano la vita.
L'AAI, ad esempio, è un'organizzazione tecnologica per la difesa aerospaziale che modella varie parti aeronautiche sulla base della fluidodinamica computazionale. Il modello di AAI, tuttavia, si concentra sullo sviluppo di sistemi ottimizzati per HPC per rendere gli aerei più sicuri.
Simulia ha inoltre sviluppato un software di simulazione utilizzando la fluidodinamica computazionale per simulare le condizioni di crociera dinamiche di un aereo. Le soluzioni di Simulia e AAI riducono i costi ei tempi di produzione eliminando la necessità di test fisici e lo spreco di materiali costosi.
Le tecnologie guida dell'informatica ad alte prestazioni
I supercomputer e il cloud computing sono le due principali forze trainanti dei programmi HPC. Offrono spazio, velocità e scalabilità.
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I supercomputer in sede potrebbero non essere sufficienti per recuperare il tempo di esecuzione richiesto dai programmi HPC durante la scalabilità. E mentre il cloud computing è un'alternativa scalabile e più veloce, edge computing è una soluzione cloud in evoluzione che potrebbe dominare l'elaborazione ad alte prestazioni in futuro.
Quali sono alcune sfide nella scrittura di programmi di calcolo ad alte prestazioni?
Le applicazioni dell'HPC sono illimitate e interessano tutti gli aspetti della vita. Quindi, durante lo sviluppo di programmi HPC specifici per il campo, i programmatori devono avere una vasta conoscenza di quel campo. Altrimenti, diventa scoraggiante, poiché stanno anche cercando di far fronte ai tecnicismi del loro codice. Un'altra sfida, tuttavia, è come scrivere codice scalabile e implementabile.
Detto questo, il calcolo ad alte prestazioni porterà più sviluppo al mondo, anche prima di quanto si possa pensare.
Non puoi imparare a programmare gratuitamente. A meno che tu non provi queste risorse collaudate, ovviamente.
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Idowu è appassionato di qualsiasi tecnologia intelligente e produttività. Nel tempo libero gioca con la programmazione e quando si annoia passa alla scacchiera, ma ama anche staccare ogni tanto dalla routine. La sua passione per mostrare alle persone la tecnologia moderna lo motiva a scrivere di più.
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