6 aplicativos de computação de alto desempenho que mudaram o mundo
Inteligência de mercado em tempo real, modelagem anatômica humana, exploração industrial preditiva, ciência espacial e muitas outras expedições humanas conduzem o mundo atual a um futuro inimaginável, devido em grande parte à computação de alto desempenho (HPC).
Apesar de exigir enormes recursos, programas de computação de alto desempenho continuam sendo lançados, graças à invenção de supercomputadores e à ampla implementação da computação em nuvem. Essas tecnologias facilitam a vida, dando suporte ao processamento de dados rápido e incompreensível.
Algumas aplicações de HPC estão redesenhando como a ciência irá atendê-lo no futuro. Mas, primeiro, o que é computação de alto desempenho?
O que é computação de alto desempenho?
A computação de alto desempenho se refere à capacidade de um sistema de processar uma enorme quantidade de dados e executar modelos complexos rapidamente. Os programas HPC, portanto, requerem um grande poder de computação para processar terabytes, petabytes ou mesmo zetabytes de dados em tempo real.
Portanto, a HPC se baseia no princípio de computação, rede e armazenamento de dados.
Dito isso, aqui estão algumas aplicações notáveis de tecnologia de alto desempenho que influenciaram o mundo.
1. Saúde Cardiovascular Preditiva
Sem dúvida, a insuficiência cardíaca é fatal. E talvez um dos desafios enfrentados ao tentar entender seus mecanismos sejam as diferenças na resposta anatômica do coração a várias condições. Conseqüentemente, torna-se difícil prever seu comportamento em tempo real.
Felizmente, algumas soluções baseadas em HPC estão surgindo.
Por exemplo, a IBM , junto com um laboratório de defesa, simulou historicamente os mecanismos homeostáticos do coração humano em um nível molecular usando um dos supercomputadores mais rápidos do mundo , o Sequoia, em 2012.
Eles aproveitaram a alta velocidade de computação do Sequioa para construir um modelo escalável chamado "Cardioide" para imitar e reconstruir o coração humano. E, ao contrário dos programas anteriores que só podiam simular cerca de dez batimentos cardíacos ou menos, o programa Cardioid poderia simular milhares de batimentos cardíacos. Além disso, era 300 vezes mais rápido do que a maioria dos modelos.
O projeto Cardioid da IBM não é o único programa de computação de alto desempenho que revoluciona a saúde cardíaca; o Living Heart Project da Dassault Systemes também é notável.
Portanto, você pode esperar ver medicamentos e vários regimes testados em um coração simulado antes de serem administrados a humanos. Esses programas de HPC também prometem melhorar os dispositivos cardiovasculares e o posicionamento dos órgãos durante as cirurgias.
Em 2018, o Google também desenvolveu um modelo de aprendizado profundo que prevê riscos de doenças cardiovasculares usando visão computacional de imagens de retina digitalizadas.
A tecnologia funciona avaliando os vasos sanguíneos do olho e, em seguida, usando isso para prever a pressão arterial sistólica e identificar outros indicadores de risco.
Esse programa auxilia na detecção precoce de problemas cardiovasculares, o que é fundamental para sua prevenção.
Dito isso, modelos de IA de eletrocardiograma simulado (ECG) também estão surgindo para auxiliar no diagnóstico eficaz de pessoas com anomalias ventriculares. Conseqüentemente, enquanto as cirurgias cardíacas estão se tornando mais bem-sucedidas, o mundo está caminhando para uma era em que pacientes e médicos estão mais confiantes sobre o resultado das cirurgias cardíacas do que nunca.
Uma aplicação bem-sucedida de modelagem cardiovascular é o relatório da CNN Health da simulação em 3D do coração de uma menina de 4 anos no Nicklaus Children Hospital em 2015. Isso é fenomenal, pois os cirurgiões foram capazes de operar uma versão simulada do coração do paciente e imaginar os melhores procedimentos operacionais antes da cirurgia propriamente dita.
2. Compreendendo o Genoma Viral
Embora o genoma viral possa ser sequenciado, compreender sua patologia invasiva em tempo real é difícil, pois ele sofre mutações. Mas, graças à computação de alto desempenho, as simulações inovadoras desses mecanismos estão evoluindo. E está ajudando os tomadores de decisão.
Um exemplo mais recente de um aplicativo de computação de alto desempenho, neste caso, é a exploração do genoma completo do COVID-19 pela CSIRO, que simularam em um supercomputador CSIRO no início de 2020.
A equipe do CSIRO Data61 simulou com sucesso o mecanismo de ligação do COVID-19 ao receptor ACE2 humano.
COVID-19 é um vírus com mutação ativa. Mas uma simulação de seu mecanismo de ação ajuda muito os pesquisadores a entender a maior parte de seus comportamentos em evolução. Tal descoberta não ajuda apenas os cientistas a saber onde uma vacina deve ter como alvo o genoma viral COVID-19. Mas também é um modelo para o desenvolvimento de um padrão comportamental preditivo para alguns dos mais notórios agentes infecciosos já conhecidos.
Consequentemente, o desenvolvimento de medicamentos e vacinas torna-se mais barato, rápido e eficiente no combate a vários agentes infecciosos.
É possível que isso ajude os cientistas a identificar supergenes humanos que podem resistir a infecções.
3. Tecnologia de direção autônoma
O algoritmo necessário para operar um veículo sem motorista é complicado e precisa processar muitos cálculos complexos em tempo real. Essencialmente, um caminhão ou carro autônomo não pode se dar ao luxo de atrasar qualquer uma de suas funcionalidades. Portanto, eles precisam de uma velocidade de computação altamente confiável para funcionar.
Simulações de acidentes, detecção de obstáculos, resposta rápida e precisa aos sentidos são as principais características dos veículos sem motorista para navegar com inteligência e segurança.
Obviamente, o objetivo de criar carros autônomos é alavancar a precisão do aprendizado profundo para reduzir acidentes rodoviários e prever com precisão para onde navegar.
Gigantes da tecnologia e do automóvel, incluindo Tesla, Waymo, Toyota, Honda, Volkswagen, entre outros, estão intensificando seus esforços para testar carros sem motorista que atendam aos padrões de segurança no trânsito.
Muitas pessoas são céticas quanto aos carros que dirigem sozinhos. Mas esta tecnologia, se implementada com sucesso, mudará a cara do transporte. E talvez promova uma direção em direção a uma estrada mais segura e consumo de combustível otimizado.
4. Realidade Aumentada
Com a evolução das tecnologias e os avanços da computação em nuvem, a realidade aumentada, sem dúvida, transformará as fantasias em realismo.
A realidade aumentada pode ajudá-lo a escolher e testar os produtos que você compra. E parece que você os está vendo fisicamente. AR torna possível testar a aparência de produtos como roupas e acessórios antes de comprá-los.
Está até emergindo em operações militares. Um exemplo é o Sistema Integrado de Aumento Visual (IVAS) da Microsoft , que ajuda os soldados a ver todas as suas coordenadas em tempo real.
Nos esportes, os jogadores podem até treinar virtualmente usando a tecnologia VR. A imersão em realidade virtual também é uma tecnologia em evolução que promoverá visões mais realistas no futuro.
Grandes empresas de tecnologia, incluindo Microsoft, Google, entre outras, têm investido nessa tecnologia de computação de alto desempenho de alto rendimento. E com novos avanços, achamos que o mundo ficará perplexo quando a TV e os jogos forem aumentados com paisagens e perspectivas realistas.
5. Monitoramento do clima solar da NASA
A NASA, em 2019, aproveitou a computação de alto desempenho para monitorar remotamente a natureza de radiação ultravioleta extrema do sol que causa erupções solares, o disruptor do clima solar.
A condição climática do sistema solar influencia o lançamento de espaçonaves, satélites e estações solares. Portanto, para sustentar a exploração humana no espaço e proteger a Terra, é necessário rastrear as mudanças no clima solar ao longo do tempo.
E, claro, uma distorção no clima solar pode afetar igualmente os utilitários de transmissão da Terra, especialmente aqueles que dependem do sistema solar de uma forma ou de outra.
A NASA usa um instrumento espacial dedicado chamado EVE MEGS-A para capturar as atividades do sol. Mas afirmou em seu artigo de pesquisa publicado na Science Advances , que seu novo modelo de aprendizado profundo preencherá a lacuna se o EVE MEGS-A apresentar mau funcionamento.
Assim, em conjunto com o Frontier Development Lab, a NASA simulou com sucesso o instrumento do observatório solar por meio de um modelo de redes neurais profundas. Por ser dinâmica e em tempo real, essa solução resulta em uma rápida tomada de decisões.
É uma aplicação de computação de alto desempenho que muda vidas, pois ajuda os astronautas e agências reguladoras a tomar decisões impactantes antes de um desastre iminente.
6. Produção de aeronaves e aerodinâmica
A computação de alto desempenho também se aplica à fabricação. Muitos setores agora usam essa tecnologia para modelar e prever como os materiais não descobertos se comportam. Assim, ele cria uma porta de entrada para a criação de novos materiais industriais.
A dinâmica de fluidos computacional é uma das áreas em que a HPC encontrou seu propósito. A simulação de turbinas eólicas, peças de aviação e a previsão da resistência dos materiais levaram à invenção de alguns produtos que mudam vidas.
AAI, por exemplo, é uma organização de tecnologia de defesa aeroespacial que modela várias partes aéreas com base na dinâmica de fluidos computacional. O modelo da AAI, no entanto, concentra-se no desenvolvimento de sistemas otimizados para HPC para tornar as aeronaves mais seguras.
Simulia também desenvolveu software de simulação usando dinâmica de fluidos computacional para simular as condições de cruzeiro dinâmicas de uma aeronave. As soluções da Simulia e da AAI reduzem os custos e o tempo de produção, eliminando a necessidade de testes físicos e o desperdício de materiais caros.
As tecnologias impulsionadoras da computação de alto desempenho
Supercomputadores e computação em nuvem são as duas principais forças motrizes dos programas HPC. Eles oferecem espaço, velocidade e escalabilidade.
Os supercomputadores locais podem ser insuficientes para acompanhar o tempo de execução exigido pelos programas HPC conforme ele aumenta. E embora a computação em nuvem seja uma alternativa escalonável e mais rápida, a computação de ponta é uma solução em nuvem em evolução que pode dominar a computação de alto desempenho no futuro.
Quais são alguns dos desafios de escrever programas de computação de alto desempenho?
As aplicações de HPC são ilimitadas e abrangem todos os aspectos da vida. Portanto, ao desenvolver programas de HPC específicos de campo, os programadores precisam ter um vasto conhecimento sobre esse campo. Caso contrário, torna-se assustador, pois eles também estão tentando lidar com os detalhes técnicos de seu código. Outro desafio, no entanto, é como escrever código escalonável e implementável.
Dito isso, a computação de alto desempenho trará mais desenvolvimento ao mundo, ainda mais cedo do que você imagina.
