معلومات السوق في الوقت الفعلي ، والنمذجة التشريحية البشرية ، والاستكشاف الصناعي التنبئي ، وعلوم الفضاء ، وغير ذلك الكثير تقود البعثات البشرية العالم الحالي إلى مستقبل لا يمكن تصوره ، ويرجع ذلك في جزء كبير منه إلى الحوسبة عالية الأداء (HPC).
على الرغم من الحاجة إلى موارد هائلة ، تستمر برامج الحوسبة عالية الأداء في الظهور ، وذلك بفضل اختراع أجهزة الكمبيوتر العملاقة والتطبيق الواسع النطاق للحوسبة السحابية. تجعل هذه التقنيات الحياة سهلة ، وتدعم معالجة البيانات السريعة التي لا يمكن فهمها.
تعيد بعض تطبيقات HPC تصميم كيف يخدمك العلم في المستقبل. لكن أولاً ، ما هي الحوسبة عالية الأداء؟
ما هي الحوسبة عالية الأداء؟
تشير الحوسبة عالية الأداء إلى قدرة النظام على معالجة كمية هائلة من البيانات وتشغيل النماذج المعقدة بسرعة. لذلك ، تتطلب برامج HPC قدرة حوسبة ضخمة لمعالجة تيرابايت أو بيتابايت أو حتى زيتابايت من البيانات في الوقت الفعلي.
وبالتالي ، يعتمد HPC على مبدأ الحوسبة والشبكات وتخزين البيانات.
ومع ذلك ، إليك بعض التطبيقات البارزة للتكنولوجيا عالية الأداء التي أثرت في العالم.
1. صحة القلب والأوعية الدموية التنبؤية
لا شك أن قصور القلب يهدد الحياة. ولعل أحد التحديات التي واجهتها أثناء محاولة فهم آلياتها هو الاختلافات في الاستجابة التشريحية للقلب للظروف المختلفة. وبالتالي ، يصبح من الصعب التنبؤ بسلوكها في الوقت الفعلي.
لحسن الحظ ، ستظهر بعض الحلول المستندة إلى HPC.
على سبيل المثال، آي بي إم، جنبًا إلى جنب مع مختبر دفاعي ، قام تاريخياً بمحاكاة آليات التماثل الساكن لقلب الإنسان على المستوى الجزيئي باستخدام أحد أسرع الحواسيب العملاقة في العالم، سيكويا ، في عام 2012.
لقد استفادوا من سرعة حوسبة Sequioa العالية لبناء نموذج قابل للتطوير يسمى "Cardioid" لتقليد وإعادة بناء قلب الإنسان. وعلى عكس البرامج السابقة التي كان بإمكانها محاكاة حوالي عشر ضربات قلب فقط أو أقل ، يمكن لبرنامج Cardioid محاكاة الآلاف من دقات القلب. بالإضافة إلى ذلك ، كان أسرع 300 مرة من معظم الموديلات.
مشروع Cardioid الخاص بشركة IBM ليس برنامج الحوسبة عالي الأداء الوحيد الذي أحدث ثورة في صحة القلب ، أنظمة داسو مشروع Living Heart Project هو أيضًا أحد المشاريع البارزة.
وبالتالي ، يمكنك توقع رؤية الأدوية وأنظمة العلاج المختلفة التي تم اختبارها على قلب تم محاكاته أولاً قبل إعطائها للبشر. تعد برامج HPC هذه أيضًا بتحسين أجهزة القلب والأوعية الدموية ووضع الأعضاء أثناء العمليات الجراحية.
في 2018 ، طورت Google أيضًا نموذجًا للتعلم العميق يتنبأ بمخاطر أمراض القلب والأوعية الدموية باستخدام رؤية الكمبيوتر من صور شبكية العين الممسوحة ضوئيًا.
تعمل هذه التقنية من خلال تقييم الأوعية الدموية في العين ثم استخدامها للتنبؤ بضغط الدم الانقباضي وتحديد مؤشرات الخطر الأخرى.
يساعد مثل هذا البرنامج في الكشف المبكر عن مشاكل القلب والأوعية الدموية ، وهو أمر أساسي للوقاية منها.
ومع ذلك ، فإن نماذج محاكاة مخطط كهربية القلب (ECG) بالذكاء الاصطناعي تظهر أيضًا للمساعدة في التشخيص الفعال للأشخاص الذين يعانون من تشوهات البطين. وبالتالي ، في حين أن جراحات القلب المفتوح أصبحت أكثر نجاحًا ، فإن العالم ينجرف نحو عصر أصبح فيه المرضى والأطباء أكثر ثقة بشأن نتائج جراحات القلب أكثر من أي وقت مضى.
أحد التطبيقات الناجحة لنمذجة القلب والأوعية الدموية هو تقرير الصحة سي إن إن محاكاة ثلاثية الأبعاد لقلب فتاة تبلغ من العمر 4 سنوات في مستشفى نيكلوس للأطفال في عام 2015. يعد هذا أمرًا استثنائيًا ، حيث تمكن الجراحون من تشغيل نسخة محاكاة لقلب المريض ووضع تصور لأفضل الإجراءات الجراحية قبل الجراحة الفعلية.
2. فهم الجينوم الفيروسي
على الرغم من إمكانية تسلسل الجينوم الفيروسي ، إلا أن فهم أمراضه الغازية في الوقت الفعلي أمر صعب لأنه يتحور. ولكن بفضل الحوسبة عالية الأداء ، تتطور عمليات محاكاة رائدة لهذه الآليات. وهي تساعد صناع القرار.
المثال الأحدث لتطبيق الحوسبة عالية الأداء ، في هذه الحالة ، هو CSIRO's استكشاف الجينوم الكامل لـ COVID-19 ، والذي قاموا بمحاكاته على كمبيوتر عملاق CSIRO في أوائل عام 2020.
نجح فريق CSIRO Data61 في محاكاة آلية ربط COVID-19 بمستقبلات ACE2 البشرية.
COVID-19 هو فيروس متحور بشكل نشط. لكن محاكاة آلية عملها تقطع شوطًا طويلاً لمساعدة الباحثين على فهم معظم سلوكياتها المتطورة. مثل هذا الاختراق لا يساعد العلماء فقط على معرفة أين يجب أن يستهدف اللقاح جينوم فيروس COVID-19. لكنه أيضًا نموذج لتطوير نمط سلوكي تنبؤي لبعض أكثر العوامل المعدية المعروفة على الإطلاق.
وبالتالي ، فإن تطوير الأدوية واللقاحات يصبح أرخص وأسرع وأكثر كفاءة في مكافحة العوامل المعدية المختلفة.
من المحتمل أن يساعد هذا العلماء في تحديد الجينات البشرية الخارقة التي يمكنها مقاومة العدوى.
3. تكنولوجيا القيادة الذاتية
تعد الخوارزمية المطلوبة لتشغيل مركبة بدون سائق معقدة ، ويتعين عليها معالجة العديد من العمليات الحسابية المعقدة في الوقت الفعلي. في الأساس ، لا تستطيع الشاحنة أو السيارة المستقلة تحمل أي تأخير في أي من وظائفها. وبالتالي ، فهم بحاجة إلى سرعة حوسبة موثوقة للغاية للتشغيل.
تعد محاكاة الحوادث ، واكتشاف العوائق ، والاستجابة السريعة والدقيقة للحواس من السمات الرئيسية للمركبات ذاتية القيادة للتنقل بذكاء وأمان.
بالطبع ، الغرض من إنشاء سيارات ذاتية القيادة هو الاستفادة من دقة التعلم العميق لتقليل حوادث الطرق والتنبؤ بدقة بمكان التنقل.
تكثف عمالقة التكنولوجيا والسيارات ، بما في ذلك تسلا ، وايمو ، وتويوتا ، وهوندا ، وفولكس واجن ، من بين آخرين ، جهودهم لاختبار السيارات بدون سائق التي تتوافق مع معايير السلامة على الطرق العامة.
متعلق ب: تخطط فولكس فاجن للحصول على سيارات أجرة ذاتية القيادة على الطريق بحلول عام 2025
كثير من الناس يشككون في السيارات ذاتية القيادة. لكن هذه التكنولوجيا ، إذا تم تنفيذها بنجاح ، ستغير وجه النقل. وربما تعزز القيادة نحو طريق أكثر أمانًا واستهلاكًا محسّنًا للوقود.
4. الواقع المعزز
مع تطور التقنيات والتقدم في الحوسبة السحابية ، فإن الواقع المعزز ، بلا شك ، سيحول الأوهام إلى واقعية.
يمكن أن يساعدك الواقع المعزز في اختيار واختبار المنتجات التي تشتريها. ويشعر وكأنك تراهم جسديًا. يتيح الواقع المعزز اختبار مظهر المنتجات مثل الملابس والإكسسوارات عليك قبل شرائها.
بل إنها تظهر في العمليات العسكرية. مثال نظام التعزيز البصري المتكامل من Microsoft (IVAS)، مما يساعد الجنود على رؤية تنسيقهم بالكامل في الوقت الفعلي.
متعلق ب: تطبيقات تقنية الواقع المعزز في الحياة اليومية
في الرياضة ، يمكن للاعبين التدريب افتراضيًا باستخدام تقنية الواقع الافتراضي. يعد الانغماس في الواقع الافتراضي أيضًا تقنية متطورة من شأنها تعزيز رؤى أكثر واقعية في المستقبل.
استثمرت شركات التكنولوجيا الكبيرة ، بما في ذلك Microsoft و Google وغيرها ، في هذه التقنية الحوسبة عالية الأداء. ومع التطورات الأكثر تقدمًا ، نعتقد أن العالم سيشعر بالحيرة عندما يتم تعزيز التلفزيون والألعاب بمناظر طبيعية ووجهات نظر واقعية.
5. ناسا مراقبة الطقس الشمسي
ناسا ، في عام 2019 ، استفادت من الحوسبة عالية الأداء لمراقبة الطبيعة الشديدة للإشعاع فوق البنفسجي للشمس التي تسبب التوهجات الشمسية ، والتي تسبب اضطراب الطقس الشمسي.
تؤثر حالة الطقس في النظام الشمسي على إطلاق المركبات الفضائية والأقمار الصناعية والمحطات الشمسية. لذلك ، للحفاظ على استكشاف الإنسان في الفضاء وحماية الأرض ، من الضروري تتبع التغيرات في الطقس الشمسي بمرور الوقت.
وبالطبع ، يمكن أن يؤثر التشوه في الطقس الشمسي بشكل متساوٍ على مرافق إرسال الأرض ، خاصة تلك التي تعتمد على النظام الشمسي بطريقة أو بأخرى.
تستخدم ناسا أداة فضائية مخصصة تسمى EVE MEGS-A لالتقاط أنشطة الشمس. لكنها ذكرت في بحثها المنشور على تقدم العلم، أن نموذج التعلم العميق الجديد الخاص بها سوف يملأ الفجوة في حالة حدوث عطل في EVE MEGS-A.
وبالتعاون مع مختبر Frontier Development Lab ، نجحت وكالة ناسا في محاكاة أداة مرصد الشمس من خلال نموذج شبكات عصبية عميقة. نظرًا لأنه في الوقت الفعلي وديناميكي ، ينتج عن هذا الحل اتخاذ قرارات سريعة.
هذا تطبيق يغير حياة الحوسبة عالية الأداء ، لأنه يساعد رواد الفضاء والهيئات التنظيمية على اتخاذ قرارات مؤثرة قبل وقوع كارثة وشيكة.
6. إنتاج الطائرات والديناميكا الهوائية
الحوسبة عالية الأداء قابلة للتطبيق أيضًا في التصنيع. تستخدم العديد من الصناعات الآن هذه التقنية للنمذجة والتنبؤ بكيفية تصرف المواد غير المكتشفة. وبالتالي ، فإنها تخلق بوابة لإنشاء مواد صناعية جديدة.
تعد ديناميكيات الموائع الحسابية أحد المجالات التي وجدت فيها HPC غرضها. أدت محاكاة توربينات الرياح وأجزاء الطيران والتنبؤ بقوة المواد إلى اختراع بعض المنتجات المتغيرة للحياة.
AAI ، على سبيل المثال ، هي منظمة تكنولوجيا الدفاع الجوي التي تصمم أجزاء مختلفة من الطائرات بناءً على ديناميكيات السوائل الحسابية. ومع ذلك ، يركز نموذج AAI على تطوير أنظمة محسّنة لـ HPC لصنع طائرات أكثر أمانًا.
سيموليا طور أيضًا برنامج محاكاة باستخدام ديناميكيات السوائل الحسابية لمحاكاة ظروف الرحلات الديناميكية للطائرة. تقلل حلول Simulia و AAI من تكاليف الإنتاج والوقت من خلال القضاء على الحاجة إلى الاختبار المادي وإهدار المواد باهظة الثمن.
تقنيات القيادة للحوسبة عالية الأداء
تعد أجهزة الكمبيوتر العملاقة والحوسبة السحابية القوة الدافعة الرئيسية لبرامج HPC. أنها توفر المساحة والسرعة وقابلية التوسع.
متعلق ب: الأساطير الشائعة حول السحابة التي تحتاج إلى التحطم
قد تكون أجهزة الكمبيوتر العملاقة في مكان العمل غير كافية لمواكبة وقت التشغيل الذي تتطلبه برامج HPC مع زيادة حجمها. وعلى الرغم من أن الحوسبة السحابية هي بديل أسرع وقابل للتطوير ، حوسبة الحافة هو حل سحابي متطور قد يهيمن على الحوسبة عالية الأداء في المستقبل.
ما هي بعض تحديات كتابة برامج الحوسبة عالية الأداء؟
تطبيقات HPC لا حدود لها ، وهي تشمل جميع جوانب الحياة. لذلك أثناء تطوير برامج HPC الخاصة بالميدان ، يحتاج المبرمجون إلى معرفة واسعة بهذا المجال. خلاف ذلك ، يصبح الأمر شاقًا ، لأنهم يحاولون أيضًا التعامل مع الجوانب الفنية لشفراتهم. التحدي الآخر ، مع ذلك ، هو كيفية كتابة التعليمات البرمجية القابلة للتطوير والتنفيذ.
ومع ذلك ، فإن الحوسبة عالية الأداء ستجلب المزيد من التطور للعالم ، حتى في وقت أقرب مما تعتقد.
لا يمكنك تعلم البرمجة مجانًا. ما لم تمنح هذه الموارد المجربة والمختبرة ، بالطبع.
اقرأ التالي
- برمجة
- الواقع المعزز
- التعلم الالي
Idowu شغوف بأي شيء التكنولوجيا الذكية والإنتاجية. في أوقات فراغه ، يلعب بالبرمجة ويتحول إلى رقعة الشطرنج عندما يشعر بالملل ، لكنه أيضًا يحب الابتعاد عن الروتين من حين لآخر. يحفزه شغفه بإظهار الطريق للناس حول التكنولوجيا الحديثة على كتابة المزيد.
اشترك في نشرتنا الإخبارية
انضم إلى النشرة الإخبارية لدينا للحصول على نصائح تقنية ومراجعات وكتب إلكترونية مجانية وصفقات حصرية!
انقر هنا للاشتراك