HPC Là Gì? 6 Trường Hợp Nên Dùng Máy Tính Hiệu Suất Cao

HPC là gì? Máy tính hiệu năng cao (HPC) được biết đến như một công cụ có khả năng thực hiện các nhiệm vụ phức tạp trong thế giới kỹ thuật và thiết kế. Mặc dù người dùng vẫn phải tìm cấu hình phù hợp và học cách sử dụng nó, nhưng điều đó không phải là vấn đề. Vậy HPC có những ứng dụng gì? Cùng tìm hiểu trong bài viết này nhé.

HPC là gì?

HPC là từ viết tắt của High Performance Computing được hiểu là máy tính hiệu năng cao. Nó đề cập đến một loại máy tính tiên tiến có khả năng thực hiện các phép tính phức tạp, xử lý nhiều dữ liệu và chạy với tốc độ nhanh hơn rất nhiều so với những loại máy tính thông thường. 

Nói một cách đơn giản, một máy tính xách tay hoặc máy tính để bàn có bộ xử lý 3GHz có thể thực hiện khoảng 3 tỷ phép tính mỗi giây. Mặc dù tốc độ này nhanh hơn đáng kể so với khả năng tính toán của con người, nhưng nó lại kém hơn so với khả năng tính toán của HPC.

Siêu máy tính là một trong những loại giải pháp HPC nổi tiếng nhất. Một siêu máy tính được tạo thành từ hàng nghìn nút tính toán hợp tác để hoàn thành một hoặc nhiều nhiệm vụ. Đây được gọi là quá trình xử lý song song. Nó tương tự như việc có hàng nghìn PC được nối mạng với nhau, kết hợp sức mạnh tính toán để hoàn thành các tác vụ nhanh hơn.

Tầm quan trọng của HPC

Dữ liệu thúc đẩy những đổi mới mang tính chuyển đổi, những khám phá khoa học đột phá và cải thiện chất lượng cuộc sống cho hàng tỷ người trên toàn thế giới. Hiểu được HPC là gì, ta thấy HPC đóng vai trò là nền tảng cho tiến bộ công nghiệp, khoa học và xã hội.

Quy mô và lượng dữ liệu mà các tổ chức phải làm việc đang tăng lên theo cấp số nhân khi các công nghệ như trí tuệ nhân tạo (AI), Internet vạn vật (IoT) và hình ảnh ba chiều phát triển. 

Khả năng xử lý dữ liệu trong thời gian thực là rất quan trọng đối với nhiều ứng dụng, bao gồm phát trực tiếp sự kiện thể thao trực tiếp, thử nghiệm sản phẩm mới, theo dõi cơn bão đang phát triển và phân tích xu hướng cổ phiếu. 

Để dẫn đầu đối thủ, các doanh nghiệp yêu cầu cơ sở hạ tầng CNTT nhanh, đáng tin cậy để xử lý, lưu trữ và phân tích một lượng lớn dữ liệu và họ cần đến sự trợ giúp của HPC.

Cấu trúc hệ thống HPC

Cấu trúc của hệ thống HPC về cơ bản tương tự như cấu trúc của một phòng máy chủ hoặc trung tâm dữ liệu. Nó chứa hàng chục, hàng trăm hay hàng nghìn các thiết bị ngoại vi khác và máy chủ server. Chúng được phân loại thành ba loại nút dựa trên chức năng của chúng: lưu trữ, tính toán và mạng.

>> Tham khảo thêm: Máy Chủ Server là gì?

Các nút máy tính đóng vai trò là bộ não của hoạt động, thực hiện các phép tính và hoàn thành các bài tập. Các yêu cầu và phản hồi được lưu trữ trên các nút máy chủ. Các nút mạng cho phép các máy chủ trong hệ thống giao tiếp với nhau và kết nối hệ thống với thế giới bên ngoài. Một hệ thống HPC hoạt động theo cách này giống như một siêu máy tính gắn kết, duy nhất – tổng thể lớn hơn tổng các bộ phận của nó. 

Cách thức hoạt động của HPC là gì?

Giải pháp HPC bao gồm ba phần:

• Compute (máy tính)
• Network (mạng)
• Storage (lưu trữ)

Các máy chủ tính toán được nhóm lại với nhau để tạo thành một kiến trúc máy tính hiệu suất cao. Trên các máy chủ của cụm, các chương trình phần mềm và thuật toán chạy đồng thời. Các nhóm dữ liệu được nối mạng với nhau để thu được kết quả đầu ra. Các thành phần này hoạt động song song với nhau để hoàn thành một loạt các nhiệm vụ.

Khi tìm hiểu về cách thức hoạt động của HPC là gì, ta thấy được để hoạt động tối ưu, mỗi thành phần phải theo kịp các thành phần khác. Ví dụ: thành phần lưu trữ phải có khả năng cung cấp và nhập dữ liệu khi nó được xử lý đến và đi từ các máy chủ máy tính. Tương tự như vậy, các thành phần mạng phải có khả năng hỗ trợ vận chuyển dữ liệu tốc độ cao giữa máy tính và máy chủ lưu trữ. Khi một thành phần không thể theo kịp các thành phần khác, hiệu suất tổng thể của cơ sở hạ tầng HPC sẽ bị ảnh hưởng. 

Những quan niệm sai lầm về High Performance Computing

HPC chủ yếu được sử dụng bởi các doanh nghiệp quy mô lớn trong những năm qua, điều này đã dẫn đến một số quan niệm sai lầm hoặc lầm tưởng về việc sử dụng hoặc ứng dụng của HPC. Có thể thấy nếu ai tìm hiểu HPC là gì mới biết một quan niệm sai lầm phổ biến là hệ thống này chỉ có thể được sử dụng cho các mô phỏng cực kỳ phức tạp hoặc thậm chí là CFD. 

Tuy nhiên, thực tế HPC cũng được sử dụng để mô phỏng cấu trúc và điện từ. Một vấn đề khi sử dụng HPC cho các doanh nghiệp nhỏ là chi phí. Hầu hết các nhà quản lý dự án và CTO tiếp tục tin rằng HPC rất đắt tiền và hiệu suất thực tế thấp.

Tuy nhiên, với sự ra đời của HPC dựa trên đám mây, chi phí để sử dụng nó sẽ rẻ hơn rất nhiều. Hiện nay các mô hình chi phí thấp cho các vấn đề phức tạp, đòi hỏi khắt khe hiện đã có sẵn từ các nhà cung cấp như Microsoft và ANSYS. Điều này có nghĩa là doanh nghiệp chỉ có thể trả tiền cho các bộ phận mà họ sử dụng và dễ dàng mở rộng quy mô khi cần thiết.

Cuối cùng là tìm ra cách sử dụng HPC thực tế. Nhiều người cho rằng việc xử lý các hoạt động liên quan đến HPC cần phải có chuyên gia công nghệ thông tin giám sát hoặc quản lý. Tuy nhiên, hiện nay đã có những hệ thống HPC đã được xây dựng và quản lý và người dùng có thể dễ dàng sử dụng chúng.

Ứng dụng của High Performance Computing là gì?

Tiếp theo, để biết được ứng dụng của HPC là gì, hãy xem phần dưới đây:

Mô phỏng khí tượng và phòng chống thảm họa

Các thảm họa thiên nhiên như sóng thần và triều cường ngày càng trở nên nguy hiểm do biến đổi khí hậu ảnh hưởng đến các hình thái thời tiết trên khắp thế giới. Thời tiết khắc nghiệt phải được nghiên cứu sau đó đưa ra các giải pháp thiết kế các thị trấn và thành phố chống chọi lại tác động của chúng. 

Phòng thí nghiệm Shibayama của Đại học Waseda danh tiếng của Nhật Bản, “Trung tâm phòng chống thiên tai trên thế giới”, đang sử dụng máy tính hiệu năng cao (HPC) để thực hiện điều này. Shibayama Lab mô phỏng thảm họa và kiểm tra kế hoạch khôi phục bằng cách chạy các mô phỏng trên máy tính có độ chi tiết cao với tốc độ chóng mặt. 

Xe tự lái

Xe tự lái là một trong những phát minh thú vị nhất hiện nay. Thị giác máy tính và các phương pháp học sâu là những công nghệ được sử dụng để “đào tạo” AI trong xe hơi. Mục đích của nó là giúp hệ thống xe nhận biết, phát hiện và phản ứng với các điều kiện đường xá giống như cách mà người lái xe thường làm. Để làm được điều này, hệ thống HPC rất quan trọng. Vì vậy, chỉ khi hiểu HPC là gì và khai thác tốt nó, họ mới có thể nhận được những lợi ích tuyệt vời này.

Năng lượng

Ngành công nghiệp năng lượng, bao gồm cả ngành dầu khí, đã bắt đầu sử dụng tính toán hiệu suất cao để xác định vị trí các địa điểm khai thác mới. Máy tính hiệu năng cao (HPC) có thể phân tích nhanh chóng và chính xác các hình ảnh 2D và 3D phức tạp được thu thập trong quá trình khảo sát địa chất để xác định vị trí khoan tốt nhất, giảm chi phí thăm dò.

VR và AR

Thực tế ảo (VR) và thực tế tăng cường (AR) hiện đã trở nên phổ biến trong cuộc sống của chúng ta. Giờ đây, những gã khổng lồ công nghệ quốc tế đã ủng hộ việc tạo ra “Metaverse” nhờ vào sự hỗ trợ của HPC. Vì vậy biết về những ứng dụng tuyệt vời của HPC là gì cũng sẽ giúp bạn tận dụng nó tốt hơn.

Vật lý lượng tử, khám phá không gian

Vì HPC là một trong những kỹ thuật tính toán tiên tiến nhất, nên dễ hiểu vì sao nhiều đột phá khoa học phụ thuộc rất nhiều vào nó. Đài quan sát Lowell ở Flagstaff, Arizona, nơi phát hiện ra Sao Diêm Vương vào năm 1930, đã thực hiện sứ mệnh khám phá các hành tinh ngoài vũ trụ có thể sinh sống được trong không gian. 

HPC được sử dụng để phân tích những thay đổi trong vận tốc xuyên tâm của Mặt trời nhằm khám phá các đặc điểm chung của các ngôi sao, nhờ đó có thể lọc bỏ “tiếng ồn sao” dư thừa giúp quá trình tìm kiếm được gia tốc. Hơn nữa, với tầm quan trọng của HPC trong nghiên cứu khoa học, không có gì ngạc nhiên khi các trường đại học và viện nghiên cứu trên toàn thế giới đang phát triển hệ thống HPC của riêng họ.

Lợi ích của HPC là gì?

Hiệu suất

Hệ thống HPC vượt trội hơn nhiều so với PC trung bình về hiệu suất. Một tổ chức có quyền truy cập vào HPC sẽ vượt trội hơn các đối thủ cạnh tranh đơn giản vì các nhiệm vụ hiện tại có thể được hoàn thành hiệu quả hơn và giá trị mới có thể được trích xuất từ dữ liệu có sẵn. Các sản phẩm hoặc quy trình mới có cơ hội thành công cao hơn nhiều nếu các mô phỏng được chạy trên hệ thống HPC trong quá trình phát triển.

Tính khả dụng

Những ai đã dùng và am hiểu HPC là gì, sẽ thấy rõ bởi vì các nút của hệ thống máy tính hiệu năng cao (HPC) thường bao gồm nhiều hơn một máy tính hoặc máy chủ và vì các nút được thiết kế để cộng tác và hỗ trợ lẫn nhau, tính khả dụng của hệ thống HPC thường cao hơn tính khả dụng của máy tính. 

Chi phí

Thay vì mua nhiều thiết bị, người dùng có thể mở rộng quy mô (nâng cấp CPU, bộ nhớ, GPU hoặc các tài nguyên khác) và mở rộng thiết bị (thêm nhiều nút vào cụm) khi cần thiết. của sự phát triển trong tương lai của các dịch vụ thuê tài nguyên HPC từ nhà cung cấp dịch vụ đám mây (CSP) có thể cải thiện khả năng mở rộng và giảm chi phí.

Thời gian

Hệ thống HPC cực kỳ nhanh chóng. Máy tính thông thường chạy ở tốc độ gigaFLOPS (một tỷ FLOPS) hoặc teraFLOPS (một nghìn tỷ FLOPS) còn hệ thống HPC được đo bằng cấp độ nhanh hơn là petaFLOPS hoặc exaFLOPS. Khả năng hoàn thành các phép tính trong vài phút hoặc vài giờ thay vì ngày hoặc cả tháng là một lợi thế to lớn không thể phủ nhận.

Thách thức khi triển khai HPC

Mặc dù HPC đã phát triển mạnh mẽ trong những thập kỷ gần đây, nhưng vẫn có một số rào cản làm cản trở việc áp dụng HPC rộng rãi như:

• Vốn đầu tư ban đầu: Thiết lập môi trường cho HPC đòi hỏi phải đầu tư một khoản đáng kể mà các công ty nhỏ thường không thể chi trả.
• Chi phí hoạt động liên tục: Chi phí quản lý liên tục và các chi phí vận hành khác cũng có thể là rào cản lớn.
• Cơ sở hạ tầng trên nền tảng cũ: Khi trang thiết bị trên nền tảng cũ ngày càng lão hóa, chúng có thể làm giảm hiệu suất của HPC.
• Cần phải nâng cấp thường xuyên: Hệ thống HPC phải được liên tục nâng cấp để duy trì các mức hiệu suất của chúng. Trì hoãn việc nâng cấp này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và làm kéo dài thời gian xử lý.

Có thể thấp phần lớn những rào cản trên tồn tại do triển khai hệ thống HPC trên nền tảng tại chỗ. Tuy nhiên, công nghệ đám mây được thiết kế đặc biệt cho các khối lượng công việc HPC, cung cấp dung lượng mở rộng và tùy chọn “thanh toán theo nhu cầu” có thể là giải pháp khả thi để giải quyết những thách thức trên.

Những trường hợp nên sử dụng HPC là gì?

Cần tạo thiết kế nhanh chóng hơn

Giảm thời gian cần thiết để các mô phỏng Điện toán động lực học chất lưu (CFD) hoạt động. Tăng kích thước của các tác vụ mô phỏng để kiểm tra các thông số có thể điều chỉnh được, dẫn đến kết quả nhanh hơn và chính xác hơn.

Đẩy nhanh việc khám phá các loại thuốc mới

Với khả năng truy cập tức thì vào tài nguyên máy tính hầu như không giới hạn, việc thiết kế thuốc dựa trên cấu trúc có thể được tăng tốc. Nhờ HPC, việc tăng tốc, cải thiện và mở rộng các giải pháp cấu trúc 3D, cơ học lượng tử, sàng lọc ảo và động học phân tử trở nên dễ dàng hơn.

Tìm hiểu chuyên sâu về bộ hệ Gen

Tạo và chạy các ứng dụng dữ liệu thời gian thực, dự đoán hoặc hồi cứu để có được thông tin chi tiết nhanh hơn. Giảm thời gian xử lý dữ liệu từ hàng tuần xuống hàng giờ để nghiên cứu sâu hơn về các bệnh như xơ nang, ung thư và Alzheimer. Nếu bạn đã biết HPC là gì, bạn sẽ biết HPC sẽ phù hợp nếu bạn muốn tìm hiểu sâu về bộ Gen.

Cải thiện phân tích rủi ro

Chạy mô phỏng điện toán lưới nhanh chóng để xác định rủi ro danh mục đầu tư, phòng ngừa rủi ro, xác định cơ hội  và các lĩnh vực cần cải thiện. Để đưa ra quyết định tốt hơn, bạn nên dùng máy tính hiệu năng cao (HPC) để mô phỏng tác động của những thay đổi danh mục đầu tư giả định.

Tối ưu hóa tài nguyên năng lượng

HPC sử dụng CPU và GPU linh hoạt, máy học (ML), Internet of Things (IoT) và phân tích dữ liệu để chạy các mô phỏng địa chấn và khoa học địa lý ở tốc độ và quy mô cao. Tăng tốc khối lượng công việc chẳng hạn như mô phỏng hồ chứa bằng cách lặp lại và tinh chỉnh các mô hình nhanh hơn.

Đẩy nhanh quá trình nghiên cứu

Xử lý khối lượng công việc phức tạp, phân tích lượng lớn dữ liệu và chia sẻ kết quả với các cộng tác viên trên toàn thế giới. Với quy mô gần như vô hạn và tính linh hoạt trong đám mây, cho phép khám phá trong giáo dục đại học và máy tính nghiên cứu.

Lời kết

Thông qua bài viết về “HPC là gì? Những ứng dụng của High Performance Computing”, chúng tôi đã giúp bạn làm rõ “High Performance Computing là gì?” cũng như tầm quan trọng của nó đối với các tổ chức, doanh nghiệp. Hy vọng sau khi đọc bài viết, bạn đã cập nhật thêm những thông tin hữu ích về máy tính hiệu năng cao.

Đừng quên truy cập Máy Chủ Sài Gòn thường xuyên để cập nhật thêm những kiến thức và thông tin bổ ích mỗi ngày nhé. Liên hệ ngay với chúng tôi qua Hotline: 0976.638.715 hoặc Email: kinhdoanh@maychusaigon.vn nếu bạn quan tâm đến các sản phẩm máy chủ, máy trạm, linh kiện máy chủ,… nhé.