¿Qué es la computación de alto rendimiento (HPC)?

La computación de alto rendimiento (HPC) es una tecnología que aprovecha el poder de las supercomputadoras o grupos de computadoras para resolver problemas complejos que requieren de computación masiva.

Visión detallada de Circuitos

Por qué es importante la computación de alto rendimiento

La HPC permite a los usuarios procesar grandes cantidades de datos más rápido que una computadora estándar, lo que genera conocimientos más rápidos y ofrece a las organizaciones la capacidad de mantenerse por delante de la competencia. Las soluciones HPC pueden ser un millón de veces más potentes que la computadora portátil más rápida. Esta potencia permite a las empresas ejecutar grandes cálculos analíticos, como diferentes millones de escenarios que hacen uso de hasta terabytes (TB) de datos. Por ejemplo, la planificación de escenarios requiere grandes cálculos analíticos que proporciona una HPC, como la previsión meteorológica o las evaluaciones de gestión de riesgos. Las organizaciones también pueden ejecutar simulaciones de diseño antes de construir físicamente elementos como chips o automóviles. En resumen, la HPC potencia un rendimiento superior, lo que permite a las empresas hacer más gastando menos.

Otra aplicación importante de la HPC se encuentra en los campos de los avances médicos y de materiales. Por ejemplo, la HPC se puede implementar en:

Lucha contra el cáncer: los algoritmos de aprendizaje automático proporcionan a los investigadores médicos una visión integral de la población con cáncer en los EE. UU., con un gran nivel de detalle.

Identificar materiales de próxima generación: el aprendizaje profundo podría ayudar a los científicos a identificar materiales para obtener mejores baterías, materiales de construcción más resistentes y semiconductores más eficientes.

Comprender patrones de enfermedades: mediante una combinación de técnicas de inteligencia artificial (IA), los investigadores identificarán patrones en la función, cooperación y evolución de las proteínas humanas y los sistemas celulares.


¿Cómo funciona la computación de alto rendimiento?

Las computadoras estándar realizan tareas transacción por transacción, lo que significa que la siguiente transacción, o trabajo, ocurre solo cuando la computadora completa la anterior. Por el contrario, la HPC utiliza todos los recursos o procesadores disponibles para completar muchos trabajos a la vez. Por lo tanto, el tiempo que lleva completar un trabajo depende de los recursos disponibles y del diseño utilizado. Y si hay más trabajos que procesadores, el sistema HPC forma una lista de espera.

En su mayor parte, la HPC ocurre en supercomputadoras. Estos poderosos sistemas ayudan a las organizaciones a resolver problemas que de otro modo serían insalvables. Y estos problemas, o tareas, requieren procesadores que puedan ejecutar instrucciones más rápido que las computadoras estándar, a veces ejecutando muchos procesadores en paralelo para obtener respuestas dentro de una duración práctica.

Además del procesamiento en paralelo, los trabajos de la HPC también requieren discos rápidos y memoria de alta velocidad. Por lo tanto, los sistemas HPC incluyen servidores de computación y de uso intensivo de datos con CPU potentes que se pueden escalar verticalmente y están disponibles para un grupo de usuarios. Los sistemas HPC también pueden tener muchas potentes unidades de procesamiento de gráficos (GPU) para tareas con uso intensivo de gráficos. Cabe destacar, sin embargo, que cada servidor solo aloja una única aplicación.

Los sistemas HPC también pueden escalar horizontalmente mediante clústeres. Estos clústeres constan de computadoras en red, incluidas las capacidades de programación, computación y almacenamiento. Los clústeres de HPC únicos tienen un tamaño de hasta 100 mil o más núcleos de cómputo, por ejemplo. A diferencia de los sistemas de un solo servidor, los clústeres pueden acomodar múltiples aplicaciones y recursos para un grupo de usuarios. Y aunque se gestiona mediante una programación basada en políticas, la potencia de cómputo y los recursos básicos combinados de un clúster pueden gestionar una carga de trabajo dinámica.


Diseños de sistemas HPC

Lo que le da a las soluciones HPC una ventaja de potencia y velocidad sobre las computadoras estándar son sus diseños de hardware y sistema. Se utilizan tres diseños de HPC: computación paralela, computación en clúster y computación distribuida y en malla.

Computación paralela

Los sistemas HPC de computación en paralelo envuelven cientos de procesadores, y cada procesador ejecuta cargas útiles de cálculo simultáneamente.

Computación en clúster

La computación en clúster es un tipo de sistema HPC paralelo que consiste en una colección de computadoras que trabajan juntas como un recurso integral. Incluye capacidades de programación, computación y almacenamiento.

Computación distribuida y en malla

Los sistemas HPC de computación distribuida y en malla conectan la potencia de procesamiento de múltiples computadoras dentro de una red. La red puede ser una malla en una sola ubicación o distribuida en un área amplia en diferentes lugares, vinculando la red, los recursos de cómputo, de datos y de instrumentos.


La HPC y Cloud

Con los avances en las tecnologías de Cloud, las soluciones HPC se han vuelto más accesibles y asequibles para las empresas. Hoy en día, las organizaciones pueden acceder a una variedad más amplia de aplicaciones HPC y recursos dinámicos con solo una conexión a Internet de alta velocidad con beneficios Cloud, como flexibilidad, eficiencia y valor estratégico.


Beneficios de Cloud en la HPC

Flexibilidad

Los usuarios pueden escalar los servicios para adaptarlos a sus necesidades, personalizar las aplicaciones y acceder a los servicios en Cloud desde cualquier lugar con una conexión a Internet.

Eficiencia

Los usuarios pueden procesar más cargas de trabajo de HPC y ahorrar en costos laborales sin preocuparse por los costos de infraestructura subyacentes o el mantenimiento.

Valor estratégico

Los servicios en Cloud de HPC ofrecen a las empresas una ventaja competitiva al proporcionar la tecnología más innovadora disponible que satisface las necesidades de capacidad.


¿Cómo se usa la computación de alto rendimiento?

Hoy en día, la HPC se ha convertido en sinónimo de IA. Por ejemplo, las supercomputadoras Summit y Sierra se crearon teniendo en cuenta las cargas de trabajo de IA. Pero también están ayudando a modelar supernovas, ser pioneros en nuevos materiales y estudiar el cáncer, la genética y el medio ambiente. 

La HPC también es indispensable cuando se trata de:

  • Big data: conjuntos de datos multidimensionales masivos
  • Analítica de datos
  • Base de datos de rendimiento extremo
  • Aprendizaje automático

¿Dónde se usa la computación de alto rendimiento?

Automoción y aeronáutica

  • Modelado aerodinámico CFD
  • Análisis FEA de impacto y resistencia estructural
  • CAD y CAM

Banca, mercados de servicios financieros y seguros

  • Simulaciones Monte Carlo
  • Análisis de riesgo
  • Detección del fraude

Automatización del diseño de electrónica (EDA)

  • Diseño y optimización de chips
  • Simulación y verificación de circuitos
  • Optimización de fabricación

Cine, medios de comunicación y videojuegos

  • Renderizado
  • Gráficos asistidos por computadora
  • Imágenes generadas por computadora (CGI)
  • Transcodificación y codificación
  • Análisis y procesamiento de imágenes en tiempo real

Gobierno y defensa

  • Agencia de inteligencia
  • Análisis de fraude
  • Modelado climático
  • Predicción del tiempo
  • Energía
  • Gestión nuclear
  • Exploración

Ciencias biológicas

  • Procesamiento y secuenciación genómica
  • Diseño farmacéutico
  • Modelado molecular y simulación de biología
  • Acoplamiento de proteínas

Petróleo y gas

  • Procesamiento de datos sísmicos
  • Simulación y modelado de yacimientos
  • Analítica geoespacial
  • Mapeo de terreno y topología
  • Modelado aerodinámico CFD
  • Simulación de viento

Comercio minorista

  • Análisis de inventario
  • Optimización de la cadena de suministro y logística
  • Análisis de sentimiento
  • Ofertas de marketing

 

 


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