什么是高性能计算 (HPC)?

高性能计算(HPC)是一种利用超级计算机或计算机集群的能力来解决需要大量计算的复杂问题的技术。

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为什么高性能计算 (HPC) 很重要

HPC 使用户能够比标准计算机更快地处理大量数据,从而更快地获得洞察,并使组织能够在竞争中保持领先地位。 HPC 解决方案的运算速度是最快的笔记本速度的一百万倍。 这种能力使企业能够运行大型分析计算,例如数百万个使用高达 TB 数据的场景。 例如,场景规划需要 HPC 提供的大量分析计算,例如天气预报或风险管理评估。 组织也可以在实际建造芯片或汽车等物品之前进行设计模拟。 总而言之,HPC 赋予系统卓越的性能,让公司在花费更少的情况下做更多的事情。

HPC 的另一个主要应用是医疗和材料进步领域。 例如,HPC 可以应用于:

击败癌症:机器学习算法将帮助医学研究人员全面了解美国癌症人患者的详细情况。

识别下一代材料:深度学习可以帮助科学家识别出更好的电池、更具弹性的建筑材料和更高效的半导体材料。

了解疾病类型:通过混合使用人工智能(AI)技术,研究人员将确定人类蛋白质和细胞系统的功能、合作和进化模式。


高性能计算 (HPC) 如何工作?

标准计算机在逐个事务的基础上执行任务,这意味着下一个事务或作业仅在计算机完成前一个事务或作业时发生。 相比之下,HPC 使用所有可用资源或处理器一次完成许多作业。 因此,完成作业所需的时间取决于可用的资源和使用的设计。 如果作业比处理器多,那么 HPC 系统就会形成一个队列。

在大多数情况下,HPC 发生在超级计算机上。 这些强大的系统可以帮助组织解决原本无法解决的问题。 这些问题或任务要求处理器执行指令的速度比标准计算机快,有时需要并行运行多个处理器以在实际时间内获得答案。

除了并行处理,HPC 作业还需要快速磁盘和高速内存。 因此,HPC 系统包含具有强大 CPU 的计算和数据密集型服务器,这些服务器可以垂直扩展并可供用户组使用。 HPC 系统还可以拥有许多强大的图形处理单元 (GPU),用于图形密集型任务。 然而,值得注意的是,每个服务器只托管一个应用程序。

HPC 系统还可以通过集群的方式进行水平扩展。 这些集群由联网的计算机组成,包括计划程序、计算和存储功能。 例如,单个 HPC 集群的计算核数高达 10 万或更多。 与单服务器系统不同,集群可以为一个用户组容纳多个应用程序和资源。 虽然通过基于策略的计划进行管理,集群的计算能力和商品资源组合可以处理动态工作负载。


HPC 系统设计

与标准计算机相比,HPC 解决方案在能力和速度方面的优势在于其硬件和系统设计。 主要使用三种 HPC 设计:并行计算、集群计算以及网格和分布式计算。

并行计算

并行计算 HPC 系统涉及数百个处理器,每个处理器同时运行计算负载。

集群计算

集群计算是一种并行 HPC 系统,由一组计算机组成,作为一种集成的资源协同工作。 它包括计划程序、计算和存储器的能力。

网格和分布式计算

网格和分布式计算 HPC 系统将网络中多台计算机的处理能力连接起来。 网络可以是单个位置的网格,也可以分布在不同地方的广阔区域,连接网络、计算、数据和仪器资源。


HPC 和云

随着云技术的进步,HPC 解决方案对企业来说变得更容易获得,价格也更便宜。 如今,企业只需通过高速互联网连接即可访问更多种类的 HPC 应用程序和动态资源,并具有云优势,例如灵活性、效率和战略价值。


HPC 云优势

灵活性

用户可以扩展服务以满足他们的需求,定制应用程序并从任何有互联网连接的地方访问专门的 HPC 数据中心。

高效率

用户可以处理更多 HPC 工作负载并节省人工成本,而无需担心底层基础架构成本或维护 。

战略价值

HPC 云服务通过提供满足容量需求的最具创新性的可用技术,为企业提供竞争优势。


如何使用高性能计算 (HPC)?

如今,HPC 已成为 AI 的代名词。 例如,Summit 和 Sierra 超级计算机 在构建时就考虑到了 AI 工作负载。 但但他们也在帮助超新星建模、开发新材料、探索癌症、遗传学和环境。 

HPC 在以下方面也是不可或缺的:

  • 大数据:海量多维数据集
  • 数据分析
  • 极限性能数据库
  • 机器学习

高性能计算 (HPC) 应用于何处?

汽车和航空航天

  • CFD-气动建模
  • FEA-影响和结构强度分析
  • CAD 和 CAM

银行、金融服务市场和保险

  • 蒙特卡罗模拟
  • 风险分析
  • 欺诈检测

电子设计自动化 (EDA)

  • 芯片设计与优化
  • 电路模拟与验证
  • 制造优化

电影、媒体和游戏

  • 渲染
  • 计算机辅助图形
  • 计算机生成的图像 (CGI)
  • 转码编码
  • 实时图像分析和处理

政府与防卫

  • 情报机构
  • 欺诈分析
  • 气候建模
  • 天气预报
  • 能源
  • 核管理
  • 勘探

生命科学

  • 基因组处理和序列
  • 制药设计
  • 分子建模与生物学模拟
  • 蛋白质悬停

石油和天然气

  • 地震数据处理
  • 水库模拟建模
  • 地理空间分析
  • 地形和拓扑地图绘制
  • CFD-气动建模
  • 风模拟

零售

  • 库存分析
  • 物流与供应链优化
  • 情绪分析
  • 营销优惠

 

 


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