Realtime marktinformatie, menselijke anatomische modellering, voorspellende industriële verkenning, ruimtewetenschap en nog veel meer menselijke expedities drijven de huidige wereld een onvoorstelbare toekomst in, niet in de laatste plaats dankzij high-performance computing (HPC).
Ondanks dat er enorme middelen voor nodig zijn, blijven krachtige computerprogramma's worden uitgerold, dankzij de uitvinding van supercomputers en de wijdverbreide implementatie van cloud computing. Deze technologieën maken het leven gemakkelijk en ondersteunen ondoorgrondelijke snelle gegevensverwerking.
Sommige toepassingen van HPC herontwerpen hoe de wetenschap u in de toekomst van dienst zal zijn. Maar eerst, wat is high-performance computing?
Wat is high-performance computing?
High-performance computing verwijst naar de capaciteit van een systeem om een enorme hoeveelheid gegevens te verwerken en complexe modellen snel uit te voeren. HPC-programma's hebben daarom een enorme rekenkracht nodig om terabytes, petabytes of zelfs zettabytes aan gegevens in realtime te verwerken.
HPC vertrouwt dus op het principe van computergebruik, netwerken en gegevensopslag.
Dat gezegd hebbende, hier zijn enkele opmerkelijke toepassingen van hoogwaardige technologie die de wereld hebben beïnvloed.
1. Voorspellende cardiovasculaire gezondheid
Ongetwijfeld is hartfalen levensbedreigend. En misschien is een van de uitdagingen waarmee we worden geconfronteerd bij het begrijpen van de mechanismen ervan, de verschillen in de anatomische respons van het hart op verschillende aandoeningen. Bijgevolg wordt het moeilijk om zijn gedrag in realtime te voorspellen.
Gelukkig komen er enkele HPC-gebaseerde oplossingen aan.
Bijvoorbeeld, IBM, samen met een defensielaboratorium, historisch de homeostatische mechanismen van het menselijk hart op moleculair niveau gesimuleerd met behulp van een van de 's werelds snelste supercomputers, Sequoia, in 2012.
Ze maakten gebruik van de hoge rekensnelheid van Sequioa om een schaalbaar model genaamd "Cardioid" te bouwen om het menselijk hart na te bootsen en opnieuw op te bouwen. En in tegenstelling tot eerdere programma's die slechts ongeveer tien hartslagen of lager konden simuleren, kon het Cardioid-programma duizenden hartslagen nabootsen. Bovendien was hij 300 keer sneller dan de meeste modellen.
IBM's Cardioid-project is niet het enige krachtige computerprogramma dat een revolutie teweegbrengt in de hartgezondheid, Dassault Systemen' Living Heart Project is ook een opvallende.
U kunt dus verwachten dat medicijnen en verschillende regimes eerst op een gesimuleerd hart worden getest voordat ze aan mensen worden toegediend. Deze HPC-programma's beloven ook om cardiovasculaire apparaten en orgaanplaatsing tijdens operaties te verbeteren.
in 2018, Google heeft ook een deep learning-model ontwikkeld die de risico's van hart- en vaatziekten voorspelt met behulp van computervisie van gescande retina-afbeeldingen.
De technologie werkt door de oogbloedvaten te beoordelen en deze vervolgens te gebruiken om de systolische bloeddruk te voorspellen en andere risicopunten te identificeren.
Een dergelijk programma helpt bij het vroegtijdig opsporen van cardiovasculaire problemen, wat essentieel is voor de preventie ervan.
Dat gezegd hebbende, komen er ook AI-modellen voor gesimuleerd elektrocardiogram (ECG) op om mensen met ventriculaire anomalieën een effectieve diagnose te geven. Bijgevolg, terwijl openhartoperaties steeds succesvoller worden, drijft de wereld af naar een tijdperk waarin patiënten en artsen meer vertrouwen hebben in de uitkomst van hartoperaties dan ooit tevoren.
Een succesvolle toepassing van cardiovasculaire modellering is het rapport van CNN gezondheid van de 3D-simulatie van het hart van een 4-jarig meisje in het Nicklaus Children Hospital in 2015. Dat is fenomenaal, aangezien chirurgen een gesimuleerde versie van het hart van de patiënt konden bedienen en de beste operationele procedures voor de eigenlijke operatie konden bedenken.
2. Het virale genoom begrijpen
Hoewel het virale genoom kan worden gesequenced, is het moeilijk om de invasieve pathologie ervan in realtime te begrijpen omdat het muteert. Maar dankzij high-performance computing ontwikkelen zich baanbrekende simulaties van deze mechanismen. En het helpt besluitvormers.
Een recenter voorbeeld van een krachtige computertoepassing is in dit geval: CSIRO's verkenning van het volledige COVID-19-genoom, dat ze begin 2020 op een CSIRO-supercomputer simuleerden.
Het CSIRO Data61-team heeft met succes het bindingsmechanisme van COVID-19 aan de menselijke ACE2-receptor gesimuleerd.
COVID-19 is een actief muterend virus. Maar een simulatie van het werkingsmechanisme gaat een lange weg om onderzoekers te helpen de meeste van zijn evoluerende gedragingen te begrijpen. Zo'n doorbraak helpt wetenschappers niet alleen om te weten waar een vaccin zich moet richten op een viraal COVID-19-genoom. Maar het is ook een sjabloon voor de ontwikkeling van een voorspellend gedragspatroon voor enkele van de meest beruchte infectieuze agentia die ooit zijn gekend.
Bijgevolg wordt de ontwikkeling van geneesmiddelen en vaccins goedkoper, sneller en efficiënter in het bestrijden van verschillende infectieuze agentia.
Het is mogelijk dat dit wetenschappers kan helpen bij het identificeren van menselijke supergenen die infecties kunnen weerstaan.
3. Autonoom rijden technologie
Het algoritme dat nodig is om een voertuig zonder bestuurder te besturen, is ingewikkeld en moet veel complexe berekeningen in realtime verwerken. In wezen kan een autonome vrachtwagen of auto zich geen vertraging veroorloven in een van zijn functionaliteiten. Ze hebben dus een zeer betrouwbare rekensnelheid nodig om te kunnen werken.
Ongevalsimulaties, obstakeldetectie, snelle en nauwkeurige reactie op zintuigen zijn de belangrijkste kenmerken van voertuigen zonder bestuurder om slim en veilig te navigeren.
Het doel van het maken van zelfrijdende auto's is natuurlijk om de nauwkeurigheid van deep learning te benutten om verkeersongevallen te verminderen en nauwkeurig te voorspellen waar te navigeren.
Tech- en autogiganten, waaronder Tesla, Waymo, Toyota, Honda en Volkswagen, intensiveren hun inspanningen om zelfrijdende auto's te testen die voldoen aan de veiligheidsnormen voor de openbare weg.
Verwant: Volkswagen is van plan om tegen 2025 zelfrijdende taxi's op de weg te hebben
Veel mensen staan echter sceptisch tegenover zelfrijdende auto's. Maar als deze technologie met succes wordt geïmplementeerd, zal het transport het aanzien veranderen. En misschien het streven naar een veiliger weg en een geoptimaliseerd brandstofverbruik bevorderen.
4. Augmented Reality
Met evoluerende technologieën en de vooruitgang in cloud computing, zal augmented reality ongetwijfeld fantasieën in realisme veranderen.
Augmented reality kan u helpen bij het kiezen en testen van de producten die u koopt. En het voelt alsof je ze fysiek ziet. AR maakt het mogelijk om te testen hoe producten zoals kleding en accessoires je staan voordat je ze koopt.
Het komt zelfs op bij militaire operaties. Een voorbeeld is: Microsoft's Integrated Visual Augmentation System (IVAS), waarmee soldaten hun hele coördinaat in realtime kunnen doorzien.
Verwant: Toepassingen van AR-technologie in het dagelijks leven
In de sport kunnen spelers zelfs virtueel trainen met VR-technologie. Onderdompeling in virtual reality is ook een evoluerende technologie die in de toekomst meer realistische visies zal bevorderen.
Grote technologiebedrijven, waaronder Microsoft en Google, hebben geïnvesteerd in deze hoogwaardige computertechnologie. En met verdere vooruitgang denken we dat de wereld verbijsterd zal zijn wanneer tv en gaming worden uitgebreid met realistische landschappen en perspectieven.
5. NASA's zonneweermonitoring
NASA maakte in 2019 gebruik van high-performance computing om op afstand de extreem ultraviolette straling van de zon te monitoren die zonnevlammen veroorzaakt, de disruptor van het zonneweer.
De weersomstandigheden van het zonnestelsel beïnvloeden de lancering van ruimtevaartuigen, satellieten en zonnestations. Om menselijke verkenningen in de ruimte te ondersteunen en de aarde te beschermen, is het daarom noodzakelijk om de veranderingen in het zonneweer in de loop van de tijd te volgen.
En natuurlijk kan een verstoring in het zonneweer evenzeer de zendende voorzieningen van de aarde beïnvloeden, vooral die welke op de een of andere manier afhankelijk zijn van het zonnestelsel.
NASA gebruikt een speciaal ruimte-instrument genaamd EVE MEGS-A om de activiteiten van de zon vast te leggen. Maar vermeld in zijn onderzoekspaper gepubliceerd op wetenschappelijke vooruitgang, dat het nieuwe deep learning-model de leemte zal opvullen als EVE MEGS-A defect raakt.
Dus in samenwerking met het Frontier Development Lab heeft NASA met succes het zonneobservatorium-instrument gesimuleerd via een diep neuraal netwerkmodel. Omdat het realtime en dynamisch is, resulteert deze oplossing in snelle besluitvorming.
Dat is een levensveranderende toepassing van high-performance computing, omdat het astronauten en regelgevende instanties helpt om ingrijpende beslissingen te nemen in de aanloop naar een dreigende ramp.
6. Vliegtuigproductie en aerodynamica
High-performance computing is ook van toepassing op productie. Veel industrieën gebruiken deze technologie nu om te modelleren en te voorspellen hoe onontdekte materialen zich gedragen. Zo creëert het een toegangspoort tot het creëren van nieuwe industriële materialen.
Computationele vloeistofdynamica is een van de gebieden waar HPC zijn doel heeft gevonden. De simulatie van windturbines, luchtvaartonderdelen en het voorspellen van de sterkte van materialen heeft geleid tot de uitvinding van enkele levensveranderende producten.
AAI is bijvoorbeeld een organisatie voor lucht- en ruimtevaarttechnologie die verschillende aerodynamische onderdelen modelleert op basis van computationele vloeistofdynamica. Het model van AAI is echter gericht op het ontwikkelen van HPC-geoptimaliseerde systemen om vliegtuigen veiliger te maken.
Simulia ontwikkelde ook simulatiesoftware met behulp van computationele vloeistofdynamica om de dynamische cruise-omstandigheden van een vliegtuig te simuleren. De oplossingen van Simulia en AAI verminderen de productiekosten en tijd door de noodzaak van fysieke tests en de verspilling van dure materialen uit te bannen.
De aandrijftechnologieën van high-performance computing
Supercomputers en cloud computing zijn de twee belangrijkste drijvende krachten achter HPC-programma's. Ze bieden ruimte, snelheid en schaalbaarheid.
Verwant: Veelvoorkomende mythes over de cloud die moeten worden doorbroken
On-premise supercomputers zijn mogelijk onvoldoende om de runtime in te halen die HPC-programma's nodig hebben naarmate deze groter worden. En hoewel cloud computing een schaalbaar en sneller alternatief is, edge computing is een evoluerende cloudoplossing die in de toekomst high-performance computing kan domineren.
Wat zijn enkele uitdagingen bij het schrijven van krachtige computerprogramma's?
De toepassingen van HPC zijn eindeloos en doorkruisen alle aspecten van het leven. Dus bij het ontwikkelen van veldspecifieke HPC-programma's, moeten programmeurs een uitgebreide kennis over dat veld hebben. Anders wordt het ontmoedigend, omdat ze ook proberen om te gaan met de technische details van hun code. Een andere uitdaging is echter het schrijven van schaalbare en implementeerbare code.
Dat gezegd hebbende, high-performance computing zal de wereld meer ontwikkeling brengen, zelfs sneller dan je zou denken.
Je kunt niet gratis leren coderen. Tenzij je deze beproefde bronnen een kans geeft, natuurlijk.
Lees volgende
- Programmeren
- Augmented Reality
- Machinaal leren
Idowu is gepassioneerd door alles wat slimme technologie en productiviteit betreft. In zijn vrije tijd speelt hij met coderen en schakelt hij over naar het schaakbord als hij zich verveelt, maar hij vindt het ook heerlijk om af en toe uit de routine te stappen. Zijn passie om mensen de weg te wijzen in moderne technologie motiveert hem om meer te schrijven.
Abonneer op onze nieuwsbrief
Word lid van onze nieuwsbrief voor technische tips, recensies, gratis e-boeken en exclusieve deals!
Klik hier om je te abonneren
