Che cos'è l'high perfromance computing (HPC)?

La tecnologia HPC (high-performance computing o calcolo ad alte prestazioni) sfrutta la potenza dei supercomputer o dei cluster di computer per risolvere problemi complessi che richiedono calcoli massicci.

Primo piano di circuiti

Perché il calcolo ad alte prestazioni è importante

L'HPC permette agli utenti di elaborare grandi quantità di dati più velocemente di un computer standard, ottenendo insight più rapidamente e dando alle organizzazioni la possibilità di superare la concorrenza. Le soluzioni HPC possono essere un milione di volte più potenti del laptop più veloce. Questa potenza permette alle imprese di eseguire grandi calcoli analitici, come milioni di scenari che utilizzano fino a terabyte (TB) di dati. Per esempio, la pianificazione di uno scenario richiede grandi calcoli analitici che possono essere forniti da un HPC, come ad esempio le previsioni del tempo o le valutazioni della gestione del rischio. Le organizzazioni possono anche eseguire simulazioni di progettazione prima di realizzare fisicamente oggetti come chip o automobili. In sintesi, l'HPC consente prestazioni superiori, permettendo alle aziende di fare di più spendendo meno.

Un'altra grande applicazione dell'HPC è nel campo del progresso medico e dei materiali. Ad esempio, l'HPC può essere distribuito per:

Combattere il cancro: Gli algoritmi di machine learning aiuteranno a fornire ai ricercatori medici una visione completa della popolazione dei malati di cancro negli Stati Uniti con un livello di dettaglio granulare.

Identificare materiali di nuova generazione: Il deep learning potrebbe aiutare gli scienziati a identificare materiali per batterie migliori, materiali da costruzione più resistenti e semiconduttori più efficienti.

Comprendere i modelli di malattia: Usando un mix di tecniche di intelligenza artificiale (AI), i ricercatori potranno identificare dei modelli nella funzione, nella cooperazione e nell'evoluzione delle proteine umane e dei sistemi cellulari.


Come funziona il calcolo ad alte prestazioni?

I computer standard eseguono i compiti su una base transazione per transazione, il che significa che la prossima transazione, o lavoro, inizia solo quando il computer completa la precedente. Invece l'HPC utilizza tutte le risorse o i processori disponibili per completare più lavori contemporaneamente. Quindi il tempo necessario per completare un lavoro dipende dalle risorse disponibili e dal design utilizzato. E nel caso in cui ci siano più lavori che processori, il sistema HPC forma una coda.

Nella maggior parte dei casi, l'HPC si svolge su supercomputer. Questi potenti sistemi aiutano le organizzazioni a risolvere problemi che altrimenti potrebbero essere insormontabili. Problemi, o compiti, che richiedono processori che possano eseguire istruzioni più velocemente dei computer standard, a volte usando più processori in parallelo per ottenere risposte in tempi ragionevoli.

Oltre all'elaborazione parallela, i lavori HPC richiedono anche dischi veloci e memoria ad alta velocità. Di conseguenza i sistemi HPC includono server di calcolo e di dati intensivi con CPU potenti che possono essere scalati verticalmente ed essere disponibili per un gruppo di utenti. I sistemi HPC possono anche avere molte potenti unità di elaborazione grafica (GPU - graphics processing units) per operazioni che utilizzano la grafica. Da notare, però, che ogni server ospita solo una singola applicazione.

I sistemi HPC possono anche scalare orizzontalmente per mezzo di cluster. Questi cluster sono costituiti da computer collegati in rete, inclusi scheduler, processori e sistemi di archiviazione. Ad esempio, i singoli cluster HPC possono essere grandi come 100 mila o più core di calcolo. A differenza dei sistemi a server singolo, i cluster possono ospitare più applicazioni e risorse per un gruppo di utenti. E mentre è gestita da una programmazione basata sulle policy, la potenza di calcolo combinata di un cluster e le risorse commodity possono gestire un carico di lavoro dinamico.


Design dei sistemi HPC

Ciò che dà alle soluzioni HPC un vantaggio in termini di potenza e velocità rispetto ai computer standard è il loro design hardware e di sistema. Ci sono tre design HPC utilizzati: parallel computing, cluster computing, e grid and distributed computing.

Parallel computing

I sistemi HPC di calcolo parallelo coinvolgono centinaia di processori, dove ogni processore esegue carichi di calcolo simultaneamente.

Cluster computing

Il cluster computing è un tipo di sistema HPC parallelo che consiste in un insieme di computer che lavorano insieme come una risorsa integrata. Include capacità di schedulazione, calcolo e archiviazione.

Grid and distributed computing

I sistemi HPC grid and distributed computing collegano la potenza di elaborazione di più computer all'interno di una rete. La rete può essere una grid in una singola posizione o distribuita su una vasta area in luoghi diversi, per collegare rete, calcolo, dati e risorse strumentali.


L'HPC e il cloud

Con i progressi nelle tecnologie cloud, le soluzioni HPC sono diventate più accessibili e convenienti per le imprese. Oggi, le organizzazioni possono accedere a una più ampia varietà di applicazioni HPC e risorse dinamiche con solo una connessione internet ad alta velocità con i vantaggi del cloud, quali flessibilità, efficienza e valore strategico.


Vantaggi del cloud HPC

Flessibilità

Gli utenti possono adattare i servizi alle loro esigenze, personalizzare le applicazioni e accedere a centri dati HPC specializzati da qualsiasi luogo, con una semplice connessione Internet.

Efficienza

Gli utenti possono elaborare più carichi di lavoro HPC e ottenere risparmi sul costo del lavoro senza preoccuparsi dei costi della relativa infrastruttura o della sua manutenzione.

Valore strategico

I servizi HPC cloud danno alle imprese un vantaggio competitivo fornendo la tecnologia disponibile più innovativa che soddisfa le esigenze in termini di capacità.


Come viene usato il calcolo ad alte prestazioni?

Oggi l'HPC è diventato sinonimo di AI. Per esempio, i supercomputer Summit e Sierra sono stati costruiti pensando ai carichi di lavoro AI. Ma stanno anche aiutando a studiare le supernove, a sperimentare nuovi materiali e a studiare il cancro, la genetica e l'ambiente. 

L'HPC è indispensabile anche quando si tratta di:

  • Big data: enormi set di dati multidimensionali
  • Data analytics
  • Database a prestazioni estreme
  • Machine learning

Dov'è usato l'high perfromance computing?

Automotive e aerospaziale

  • CFD-modellazione aerodinamica
  • FEA-impatto e analisi della resistenza strutturale
  • CAD e CAM

Banche, mercati dei servizi finanziari e assicurazioni

  • Simulazioni Monte Carlo
  • Analisi del rischio
  • rilevamento frodi

Electronics design automation (EDA)

  • Progettazione e ottimizzazione dei chip
  • Simulazione e verifica dei circuiti
  • Ottimizzazione della produzione

Film, media e giochi

  • Rendering
  • Grafica assistita dal computer
  • Immagini generate al computer (CGI-Computer-generated images)
  • Transcodifica e codifica
  • Analisi ed elaborazione delle immagini in tempo reale

Governo e difesa

  • Servizi di intelligence
  • Analisi delle frodi
  • Modellazione del clima
  • Previsioni del tempo
  • Energia
  • Gestione nucleare
  • Esplorazione

Life science

  • Elaborazione e sequenziamento genomico
  • Progettazione farmaceutica
  • Modellazione molecolare e simulazione biologica
  • Docking delle proteine

Oil and gas

  • Elaborazione di dati sismici
  • Simulazione e modellazione dei giacimenti
  • Analisi geospaziale
  • Mappatura del terreno e della topologia
  • Modellazione CFD-aerodinamica
  • Simulazione del vento

Imprese al dettaglio

  • Analisi dell'inventario
  • Ottimizzazione della logistica e della supply chain
  • Analisi del sentimento
  • Offerte di marketing

 

 


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