6 applications de calcul haute performance qui ont changé le monde
L'intelligence du marché en temps réel, la modélisation anatomique humaine, l'exploration industrielle prédictive, la science spatiale et bien d'autres expéditions humaines conduisent le monde actuel vers un avenir inimaginable, en grande partie grâce au calcul haute performance (HPC).
Bien que nécessitant d'énormes ressources, les programmes de calcul haute performance continuent de se déployer, grâce à l'invention des supercalculateurs et à la mise en œuvre généralisée du cloud computing. Ces technologies facilitent la vie et prennent en charge un traitement de données insondable et rapide.
Certaines applications du HPC redéfinissent la façon dont la science vous servira à l'avenir. Mais d'abord, qu'est-ce que le calcul haute performance ?
Qu'est-ce que le calcul haute performance ?
Le calcul haute performance fait référence à la capacité d'un système à traiter une énorme quantité de données et à exécuter rapidement des modèles complexes. Les programmes HPC nécessitent donc une énorme puissance de calcul pour traiter des téraoctets, des pétaoctets ou même des zettaoctets de données en temps réel.
Ainsi, le HPC repose sur le principe de l'informatique, de la mise en réseau et du stockage de données.
Cela dit, voici quelques applications notables de la technologie haute performance qui ont influencé le monde.
1. Santé cardiovasculaire prédictive
Sans aucun doute, l'insuffisance cardiaque est mortelle. Et peut-être que l'un des défis rencontrés en essayant de comprendre ses mécanismes est les différences dans la réponse anatomique du cœur à diverses conditions. Par conséquent, il devient difficile de prédire son comportement en temps réel.
Heureusement, certaines solutions basées sur HPC sont à venir.
Par exemple, IBM , avec un laboratoire de défense, a historiquement simulé les mécanismes homéostatiques du cœur humain au niveau moléculaire en utilisant l'un des superordinateurs les plus rapides au monde , Sequoia, en 2012.
Ils ont tiré parti de la vitesse de calcul élevée de Sequioa pour créer un modèle évolutif appelé « cardioïde » pour imiter et reconstruire le cœur humain. Et contrairement aux programmes précédents qui ne pouvaient simuler qu'une dizaine de battements cardiaques ou moins, le programme Cardioid pouvait imiter des milliers de battements cardiaques. De plus, il était 300 fois plus rapide que la plupart des modèles.
Le projet Cardioid d'IBM n'est pas le seul programme de calcul haute performance à révolutionner la santé cardiaque, le Living Heart Project de Dassault Systèmes en est également un remarquable.
Ainsi, vous pouvez vous attendre à voir des médicaments et divers régimes testés sur un cœur simulé avant d'être administrés aux humains. Ces programmes HPC promettent également d'améliorer les dispositifs cardiovasculaires et le placement des organes pendant les chirurgies.
En 2018, Google a également développé un modèle d'apprentissage en profondeur qui prédit les risques de maladies cardiovasculaires en utilisant la vision par ordinateur à partir d'images scannées de la rétine.
La technologie fonctionne en évaluant les vaisseaux sanguins oculaires, puis en l'utilisant pour prédire la pression artérielle systolique et identifier d'autres indicateurs de risque.
Un tel programme facilite la détection précoce des problèmes cardiovasculaires, ce qui est essentiel à leur prévention.
Cela dit, des modèles d'IA d'électrocardiogramme (ECG) simulé voient le jour pour aider à un diagnostic efficace des personnes présentant des anomalies ventriculaires. Par conséquent, alors que les chirurgies à cœur ouvert connaissent de plus en plus de succès, le monde dérive vers une ère où les patients et les médecins sont plus confiants que jamais quant aux résultats des chirurgies cardiaques.
Une application réussie de la modélisation cardiovasculaire est le rapport de CNN Health sur la simulation 3D du cœur d'une fillette de 4 ans au Nicklaus Children Hospital en 2015. C'est phénoménal, car les chirurgiens ont pu opérer une version simulée du cœur du patient et envisager les meilleures procédures opérationnelles avant la chirurgie proprement dite.
2. Comprendre le génome viral
Bien que le génome viral puisse être séquencé, comprendre sa pathologie invasive en temps réel est difficile car il mute. Mais grâce au calcul haute performance, des simulations inédites de ces mécanismes évoluent. Et cela aide les décideurs.
Un exemple plus récent d'application de calcul haute performance, dans ce cas, est l' exploration par le CSIRO du génome complet du COVID-19, qu'ils ont simulé sur un superordinateur du CSIRO au début de 2020.
L'équipe CSIRO Data61 a simulé avec succès le mécanisme de liaison du COVID-19 au récepteur ACE2 humain.
Le COVID-19 est un virus en mutation active. Mais une simulation de son mécanisme d'action aide grandement les chercheurs à comprendre la plupart de ses comportements en évolution. Une telle percée n'aide pas seulement les scientifiques à savoir où un vaccin devrait cibler un génome viral COVID-19. Mais c'est aussi un modèle pour le développement d'un modèle comportemental prédictif pour certains des agents infectieux les plus notoires jamais connus.
Par conséquent, le développement de médicaments et de vaccins devient moins cher, plus rapide et plus efficace pour lutter contre divers agents infectieux.
Il est possible que cela aide les scientifiques à identifier les super-gènes humains qui pourraient résister aux infections.
3. Technologie de conduite autonome
L'algorithme requis pour faire fonctionner un véhicule sans conducteur est compliqué et il doit traiter de nombreux calculs complexes en temps réel. Essentiellement, un camion ou une voiture autonome ne peut se permettre un retard dans aucune de ses fonctionnalités. Ainsi, ils ont besoin d'une vitesse de calcul hautement fiable pour fonctionner.
Simulations d'accidents, détection d'obstacles, réponse rapide et précise aux sens sont les caractéristiques clés des véhicules sans conducteur pour naviguer intelligemment et en toute sécurité.
Bien sûr, le but de la création de voitures autonomes est de tirer parti de la précision de l'apprentissage en profondeur pour réduire les accidents de la route et prédire avec précision où naviguer.
Les géants de la technologie et de l'automobile, dont Tesla, Waymo, Toyota, Honda, Volkswagen, entre autres, intensifient leurs efforts pour tester des voitures autonomes conformes aux normes de sécurité routière.
Cependant, beaucoup de gens sont sceptiques quant aux voitures autonomes. Mais cette technologie, si elle est mise en œuvre avec succès, changera la face du transport. Et peut-être favoriser une évolution vers une route plus sûre et une consommation de carburant optimisée.
4. Réalité augmentée
Avec l'évolution des technologies et les progrès du cloud computing, la réalité augmentée transformera sans aucun doute les fantasmes en réalisme.
La réalité augmentée peut vous aider à choisir et tester les produits que vous achetez. Et on a l'impression de les voir physiquement. La RA permet de tester l'apparence de produits comme les vêtements et les accessoires avant de les acheter.
Il est même en train d'émerger dans les opérations militaires. Un exemple est le système d'augmentation visuelle intégrée (IVAS) de Microsoft , qui aide les soldats à voir toutes leurs coordonnées en temps réel.
Dans le sport, les joueurs peuvent même s'entraîner virtuellement en utilisant la technologie VR. L'immersion en réalité virtuelle est également une technologie en évolution qui favorisera des visions plus réalistes à l'avenir.
Les grandes entreprises technologiques, dont Microsoft, Google, entre autres, ont investi dans cette technologie informatique performante. Et avec de nouvelles avancées, nous pensons que le monde sera déconcerté lorsque la télévision et les jeux seront enrichis de paysages et de perspectives réalistes.
5. Surveillance météorologique solaire de la NASA
La NASA, en 2019, a tiré parti du calcul haute performance pour surveiller à distance la nature irradiante ultraviolette extrême du soleil qui provoque les éruptions solaires, le perturbateur du temps solaire.
Les conditions météorologiques du système solaire influencent le lancement des engins spatiaux, des satellites et des stations solaires. Par conséquent, pour soutenir l'exploration humaine dans l'espace et protéger la Terre, il est nécessaire de suivre les changements de la météo solaire au fil du temps.
Et bien sûr, une distorsion du temps solaire peut également affecter les services publics de transmission de la terre, en particulier ceux qui dépendent du système solaire d'une manière ou d'une autre.
La NASA utilise un instrument spatial dédié appelé EVE MEGS-A pour capturer les activités du soleil. Mais a déclaré dans son document de recherche publié sur Science Advances , que son nouveau modèle d'apprentissage en profondeur comblera le vide si EVE MEGS-A fonctionne mal.
Ainsi, en collaboration avec le Frontier Development Lab, la NASA a simulé avec succès l'instrument de l'observatoire solaire grâce à un modèle de réseaux de neurones profonds. Parce qu'elle est en temps réel et dynamique, cette solution permet une prise de décision rapide.
C'est une application qui change la vie de l'informatique haute performance, car elle aide les astronautes et les agences de réglementation à prendre des décisions importantes avant une catastrophe imminente.
6. Production aéronautique et aérodynamique
Le calcul haute performance est également applicable à la fabrication. De nombreuses industries utilisent désormais cette technologie pour modéliser et prédire le comportement des matériaux non découverts. Ainsi, il crée une passerelle vers la création de nouveaux matériaux industriels.
La dynamique des fluides numérique est l'un des domaines où le HPC a trouvé son utilité. La simulation d'éoliennes, de pièces d'aviation et la prédiction de la résistance des matériaux ont conduit à l'invention de certains produits qui changent la vie.
AAI, par exemple, est une organisation de technologie de défense aérospatiale qui modélise diverses pièces aérodynamiques en fonction de la dynamique des fluides computationnelle. Le modèle d'AAI, cependant, se concentre sur le développement de systèmes optimisés HPC pour rendre les aéronefs plus sûrs.
Simulia a également développé un logiciel de simulation utilisant la dynamique des fluides computationnelle pour simuler les conditions de croisière dynamique d'un avion. Les solutions Simulia et AAI réduisent les coûts et le temps de production en éliminant le besoin de tests physiques et le gaspillage de matériaux coûteux.
Les technologies motrices du calcul haute performance
Les supercalculateurs et le cloud computing sont les deux principaux moteurs des programmes HPC. Ils offrent espace, vitesse et évolutivité.
Les superordinateurs sur site peuvent être insuffisants pour rattraper le temps d'exécution requis par les programmes HPC à mesure qu'ils évoluent. Et tandis que le cloud computing est une alternative évolutive et plus rapide, le edge computing est une solution cloud évolutive qui pourrait dominer le calcul haute performance à l'avenir.
Quels sont les défis de l'écriture de programmes de calcul haute performance ?
Les applications du HPC sont illimitées et elles touchent tous les aspects de la vie. Ainsi, lors du développement de programmes HPC spécifiques à un domaine, les programmeurs doivent avoir une vaste connaissance de ce domaine. Sinon, cela devient intimidant, car ils essaient également de faire face aux détails techniques de leur code. Un autre défi, cependant, est de savoir comment écrire du code évolutif et implémentable.
Cela dit, le calcul haute performance apportera plus de développement au monde, encore plus tôt que vous ne le pensez.