אינטליגנציה שוק בזמן אמת, דוגמנות אנטומיות אנושיות, חקר תעשייתי ניבוי, מדעי החלל, ועוד רבים אחרים משלחות אנושיות גורמות לעולם הנוכחי לעתיד בלתי נתפס, לא מעט בשל מחשוב בעל ביצועים גבוהים (HPC).
למרות הצורך במשאבים עצומים, תוכניות מחשוב בעלות ביצועים גבוהים ממשיכות להתגלגל, הודות להמצאת מחשבי-על ויישום נרחב של מחשוב ענן. טכנולוגיות אלה הופכות את החיים לקלים ותומכים בעיבוד נתונים מהיר בלתי נתפס.
חלק מהיישומים של HPC מעצבים מחדש את האופן שבו המדע ישמש אותך בעתיד. אך ראשית, מהו מחשוב בעל ביצועים גבוהים?
מהו מחשוב בעל ביצועים גבוהים?
מחשוב בעל ביצועים גבוהים מתייחס ליכולת של מערכת לעבד כמות עצומה של נתונים ולהריץ מודלים מורכבים במהירות. לכן תוכניות HPC דורשות כוח מחשוב עצום לעיבוד טרה-בייט, פט-בייט ואפילו זיט-בייט של נתונים בזמן אמת.
לפיכך, HPC מסתמכת על עקרון המחשוב, הרשת ואחסון הנתונים.
עם זאת, הנה כמה יישומים בולטים של טכנולוגיה בעלת ביצועים גבוהים שהשפיעו על העולם.
1. בריאות לב וכלי דם מנבאת
אין ספק, אי ספיקת לב מסכנת חיים. ואולי אחד האתגרים הניצבים בפניהם בניסיון להבין את מנגנוניו הוא ההבדלים בתגובה האנטומית של הלב למצבים שונים. כתוצאה מכך מתקשה לחזות את התנהגותו בזמן אמת.
למרבה המזל, כמה פתרונות מבוססי HPC עולים.
לדוגמה, IBMיחד עם מעבדת הגנה, סימולציה היסטורית את המנגנונים ההומאוסטטיים של לב האדם ברמה המולקולרית באמצעות אחד מחשבי העל המהירים בעולם, סקויה, בשנת 2012.
הם מינופו את מהירות המחשוב הגבוהה של Sequioa לבניית מודל מדרגי שנקרא "Cardioid" כדי לחקות ולבנות מחדש את לב האדם. ובניגוד לתוכניות קודמות שיכולות לדמות כעשרה פעימות לב ומטה, תוכנית Cardioid יכולה לחקות אלפי פעימות לב. בנוסף, הוא היה מהיר פי 300 מרוב הדגמים.
פרויקט Cardioid של יבמ אינו תוכנית המחשוב בעלת הביצועים הגבוהים היחידה המהפכת את בריאות הלב, מערכות של דאסו פרויקט לב חיים גם הוא ראוי לציון.
לפיכך, אתה יכול לצפות לראות תרופות ומשטרים שונים שנבדקו על לב מדומה לפני שהם ניתנים לבני אדם. תוכניות HPC אלה מבטיחות גם לשפר מכשירים לב וכלי דם ומיקום איברים במהלך ניתוחים.
בשנת 2018, גוגל פיתחה גם מודל למידה מעמיקה החוזה סיכונים למחלות לב וכלי דם באמצעות ראייה ממוחשבת מתמונות רשתית סרוקות.
הטכנולוגיה פועלת על ידי הערכת כלי הדם בעין ולאחר מכן באמצעות זאת לחיזוי לחץ דם סיסטולי ולזיהוי מצבי סיכון אחרים.
תוכנית כזו מסייעת לגילוי מוקדם של בעיות לב וכלי דם, המהווה מפתח למניעתן.
עם זאת, מודלים AI מדומים של אלקטרוקרדיוגרמה (א.ק.ג.) צצים גם הם כדי לסייע באבחון יעיל לאנשים עם חריגות חדריות. כתוצאה מכך, בעוד ניתוחי לב פתוח הופכים למוצלחים יותר, העולם נסחף לכיוון עידן בו המטופלים והרופאים בטוחים יותר בתוצאות ניתוחי הלב מאי פעם.
יישום מוצלח אחד של דוגמנות לב וכלי דם הוא הדוח מאת בריאות CNN של הדמיית תלת מימד של לב ילדה בת 4 בבית החולים לילדים ניקלאוס בשנת 2015. זה פנומנלי, מכיוון שהמנתחים הצליחו להפעיל גרסה מדומה של לב המטופל ולדמיין את ההליכים הניתוחיים הטובים ביותר לפני הניתוח בפועל.
2. הבנת הגנום הנגיפי
למרות שניתן לרצף את הגנום הנגיפי, קשה להבין את הפתולוגיה הפולשנית שלו בזמן אמת מכיוון שהוא משתנה. אך הודות למחשוב בעל ביצועים גבוהים, סימולציות פורצות דרך של מנגנונים אלה מתפתחות. וזה עוזר למקבלי ההחלטות.
דוגמה עדכנית יותר ליישום מחשוב בעל ביצועים גבוהים, במקרה זה, הוא של CSIRO חקר הגנום השלם של COVID-19, שאותו הדמימו במחשב העל CSIRO בתחילת 2020.
צוות CSIRO Data61 הדמה בהצלחה את מנגנון הקישור של COVID-19 לקולטן ACE2 האנושי.
COVID-19 הוא וירוס המוטה באופן פעיל. אבל הדמיה של מנגנון הפעולה שלה עוזרת דרך ארוכה לעזור לחוקרים להבין את רוב ההתנהגויות המתפתחות שלה. פריצת דרך כזו לא רק עוזרת למדענים לדעת לאן החיסון צריך לכוון את הגנום הנגיפי של COVID-19. אך זוהי גם תבנית לפיתוח דפוס התנהגותי מנבא עבור כמה מהגורמים המדבקים הידועים לשמצה ביותר שידעו אי פעם.
כתוצאה מכך, פיתוח תרופות וחיסונים הופך זול יותר, מהיר יותר ויעיל יותר במאבק של גורמים זיהומיים שונים.
יתכן שזה עשוי לסייע למדענים לזהות גנים-על אנושיים שיכולים לעמוד בפני זיהומים.
3. טכנולוגיית נהיגה אוטונומית
האלגוריתם הנדרש להפעלת רכב ללא נהג הוא מסובך, והוא צריך לעבד חישובים מורכבים רבים בזמן אמת. בעיקרו של דבר, משאית או מכונית אוטונומית לא יכולים להרשות לעצמם פיגור באף אחת מהפונקציות שלה. לפיכך, הם זקוקים למהירות מחשוב אמינה ביותר להפעלה.
סימולציות תאונות, זיהוי מכשולים, תגובה מהירה ומדויקת לחושים הם המאפיינים המרכזיים של כלי רכב ללא נהג לניווט חכם ובטוח.
כמובן, מטרת יצירת המכוניות לנהיגה עצמית היא למנף את הדיוק של למידה עמוקה כדי לצמצם תאונות דרכים ולחזות במדויק לאן לנווט.
ענקיות הטכנולוגיה והמכוניות, כולל טסלה, ווימו, טויוטה, הונדה, פולקסווגן, בין היתר, מגבירות את מאמציהן לבדוק מכוניות ללא נהג העומדות בתקנים של בטיחות בדרכים ציבוריות.
קָשׁוּר: פולקסווגן מתכננת להסיע מוניות לנהיגה עצמית עד 2025
עם זאת, אנשים רבים מפקפקים במכוניות בנהיגה עצמית. אבל הטכנולוגיה הזו, אם תיישם אותה בהצלחה, תשנה את פני התחבורה. ואולי לטפח נסיעה לכיוון כביש בטוח יותר וצריכת דלק אופטימלית.
4. מציאות רבודה
עם הטכנולוגיות המתפתחות וההתקדמות בתחום מחשוב הענן, המציאות המוגברת, ללא ספק, תהפוך פנטזיות לריאליזם.
מציאות רבודה יכולה לעזור לך לבחור ולבדוק את המוצרים שאתה קונה. וזה מרגיש שאתה רואה אותם פיזית. AR מאפשרת לבדוק כיצד מוצרים כמו בגדים ואביזרים נראים עליך לפני רכישתם.
זה אפילו עולה במבצעים צבאיים. דוגמא היא מערכת ההגדלה החזותית המשולבת של מיקרוסופט (IVAS), שעוזר לחיילים לראות את כל הקואורדינטות שלהם בזמן אמת.
קָשׁוּר: יישומים של טכנולוגיית AR בחיי היומיום
בספורט, שחקנים יכולים אפילו להתאמן באמצעות טכנולוגיית VR. טבילה במציאות מדומה היא גם טכנולוגיה מתפתחת שתטפח חזות מציאותיות יותר בעתיד.
חברות טכנולוגיה גדולות, כולל מיקרוסופט, גוגל, בין היתר, השקיעו בטכנולוגיית מחשוב בעלת ביצועים גבוהים. ועם התקדמות נוספת, אנו חושבים שהעולם יהיה מבולבל כאשר הטלוויזיה והמשחקים יתוגברו בנופים ונקודות מבט מציאותיות.
5. ניטור מזג האוויר השמש של נאס"א
נאס"א, בשנת 2019, ניצלה מחשוב בעל ביצועים גבוהים כדי לפקח מרחוק על האופי הקרינה האולטרה סגול של השמש הגורם להתלקחויות שמש, המשבש את מזג האוויר השמש.
מצב מזג האוויר של מערכת השמש משפיע על שיגור חלליות, לוויינים ותחנות סולאריות. לכן, כדי לקיים את חקר האדם בחלל ולהגן על כדור הארץ, יש צורך לעקוב אחר השינויים במזג האוויר הסולרי לאורך זמן.
וכמובן, עיוות במזג האוויר הסולארי יכול להשפיע במידה שווה על כלי השידור של כדור הארץ, במיוחד אלה התלויים במערכת השמש בצורה כזו או אחרת.
נאס"א משתמשת בכלי שטח ייעודי בשם EVE MEGS-A כדי ללכוד את פעילות השמש. אך נאמר במאמר המחקר שפורסם ב התקדמות מדעית, שמודל הלמידה העמוקה החדש שלו ימלא את הפער אם תקלה ב- EVE MEGS-A.
כך שבשיתוף עם מעבדת הפיתוח Frontier, NASA הדמה בהצלחה את מכשיר תצפית השמש באמצעות מודל רשתות עצביות עמוקות. מכיוון שהוא בזמן אמת ודינאמי, פתרון זה מביא לקבלת החלטות מהירות.
זהו יישום שמשנה חיים של מחשוב בעל ביצועים גבוהים, שכן הוא מסייע לאסטרונאוטים ולסוכנויות רגולטוריות לקבל החלטות משפיעות לקראת אסון המתקרב.
6. ייצור מטוסים ואווירודינמיקה
מחשוב בעל ביצועים גבוהים חל גם על ייצור. תעשיות רבות משתמשות כעת בטכנולוגיה זו כדי לדגמן ולחזות כיצד מתנהגים חומרים שלא נחשפו. כך הוא יוצר שער ליצירת חומרים תעשייתיים חדשים.
דינמיקת נוזלים חישובית היא אחד התחומים שבהם HPC מצאה את ייעודה. הדמיה של טורבינות רוח, חלקי תעופה וחיזוי חוזק החומרים הביאו להמצאה של כמה מוצרים שמשנים חיים.
AAI, למשל, הוא ארגון טכנולוגי להגנה על החלל והחלל, המדגם חלקי אוויר שונים המבוססים על דינמיקת נוזלים חישוביים. הדגם של AAI, עם זאת, מתמקד בפיתוח מערכות מותאמות HPC ליצירת מטוסים בטוחים יותר.
סימוליה פיתחה גם תוכנת סימולציה באמצעות דינמיקת נוזלים חישובית כדי לדמות את תנאי השיוט הדינמיים של מטוס. הפתרונות של Simulia ו- AAI מפחיתים את עלויות הייצור והזמן על ידי מיגור הצורך בבדיקות פיזיות ובזבוז של חומרים יקרים.
טכנולוגיות הנהיגה של מחשוב בעל ביצועים גבוהים
מחשבי על ומחשוב ענן הם שני הכוחות המרכזיים של תוכניות HPC. הם מציעים מרחב, מהירות והרחבה.
קָשׁוּר: מיתוסים נפוצים על הענן שצריך לפרוץ
מחשבי-על מקומיים עשויים להיות לא מספיקים כדי להדביק את זמן הריצה הנדרש על-ידי תוכניות HPC ככל שהוא משתנה. ובעוד מחשוב ענן הוא אלטרנטיבה מדרגית ומהירה יותר, מחשוב קצה הוא פתרון ענן מתפתח שעשוי להשתלט על מחשוב בעל ביצועים גבוהים בעתיד.
מהם האתגרים של כתיבת תוכניות מחשוב בעלות ביצועים גבוהים?
היישומים של HPC הם בלתי מוגבלים, והם חוצים את כל תחומי החיים. אז בעת פיתוח תוכניות HPC ספציפיות לשדה, על המתכנתים להיות בעל ידע עצום על תחום זה. אחרת זה נהיה מרתיע, מכיוון שהם גם מנסים להתמודד עם הטכניות של הקוד שלהם. אולם אתגר נוסף הוא כיצד לכתוב קוד מדרגי וניתן ליישום.
עם זאת, מחשוב בעל ביצועים גבוהים יביא יותר פיתוח לעולם, אפילו מוקדם יותר ממה שאתה עשוי לחשוב.
אתה לא יכול ללמוד קוד בחינם. אלא אם כן אתה נותן משאבים ניסויים אלה כמובן.
קרא הבא
- תִכנוּת
- מציאות רבודה
- למידת מכונה
Idowu נלהב מכל דבר חכם וטכנולוגי. בזמנו הפנוי הוא משתעשע בקידוד ועובר ללוח השחמט כשהוא משועמם, אבל הוא גם אוהב להתנתק מדי פעם מהשגרה. התשוקה שלו להראות לאנשים את הדרך לטכנולוגיה המודרנית מניעה אותו לכתוב יותר.
הירשם לניוזלטר שלנו
הצטרף לניוזלטר שלנו לקבלת טיפים, סקירות, ספרים אלקטרוניים בחינם ומבצעים בלעדיים!
לחצו כאן להרשמה