什麼是超級運算？
超級運算是使用大量 CPU 資源和高速網路進行大規模複雜資料處理的程序。某些使用案例，例如地理科學模擬或 DNA 分析，需要在短時間內同時處理數十億甚至數萬億的資料點。超級運算技術是一種高效能運算形式，它利用數百個甚至數千個並行工作的節點共同解決複雜問題。超級運算節點使用以硬體為基礎的加速器進行了高度優化，能夠以普通機器難以企及的速度執行計算、交換和整合資料。
超級運算有哪些使用案例？
超級運算具有廣泛的應用領域。雖然不是詳盡無遺的清單，但以下是一些演示企業如何使用超級運算的範例。
計算流體動力學
計算流體動力學 (CFD) 是使用複雜的數學建模來追蹤熱傳遞、流體運動、動量和其他相關程序的過程。CFD 依賴於快速產生超級運算擅長建立的全面模擬。例如，Formula 1 使用計算流體動力學技術來測試汽車的空氣動力學特性。使用超級運算，他們可以在設計車輛時模擬不同的詳細資訊，從而縮短上市時間並提高效率。
基因研究
超級電腦的進階處理能力在研究高度複雜的基因組結構、功能和圖譜時很有用。超級電腦提供的每秒四萬億次浮點運算可讓研究人員進行大規模的基因組研究。舉一個真實的範例，國家醫學圖書館使用強大的超級電腦來產生序列讀取封存 (SRA)。SRA 擁有超過 900 萬次實驗的定序結果，可讓生物資訊學家全面分析其內容。
遊戲
遊戲工程師必須確保遊戲玩家可以在不丟封包、擁塞或丟幀的情況下暢玩遊戲。超級運算可讓開發人員增強圖形、模擬物理和渲染逼真的設定。雲端運算的多處理器有助於處理資料並為遊戲玩家和開發人員提供高效能。例如，NICE DCV 透過雲端將遠端桌面和應用程式串流傳送至任何裝置。這種支援可避免採用昂貴的專用工作站。透過使用這些超級電腦，開發人員可以在最佳化成本的同時實現高效能。
醫學研究
醫學研究是新藥品和化學品的研究、開發和生產。超級運算資源為研究人員提供了同時研究數萬億個資料點所需的處理能力。從對分子建模到生產用於人類健康的新材料，現代超級電腦無處不在。
Good Chemistry 是超級運算實際應用的一個範例。這家創新公司的目標是透過解決與材料科學相關的複雜問題來營造更加可永續發展的世界。公司使用超級運算來模擬破壞前氟烷基和多氟烷基物質化學鍵的新方法的開發，這些物質對人體健康有害。
超級運算有哪些優勢？
超級電腦可以彙集資源，每秒提供四萬億次浮點運算。組織使用這種高效能超級運算技術來取得以下優勢。
縮短上市時間
超級運算支援複雜新產品的數位原型設計，提高效率並縮短製藥、地熱研究和其他數學領域等產業的產品上市時間。超級運算使用並行處理來顯著縮短完成複雜計算和物理模擬所需的時間。通常需要數周的計算只需很短的時間即可完成。可以透過加速模擬來提高研發階段的速度。
採用 AI/ML
人工智慧 (AI) 和機器學習 (ML) 技術需要大量的運算能力來處理大量資料。可以使用超級運算來進行海量資料處理，例如每秒處理數萬億個資料點，從而對龐大的資料集提供高度的洞察。超級運算能夠為 AI 和 ML 提供支援，使這些技術能夠大規模執行。
大數據分析
超級運算可以分析數萬億個資料點，所用時間僅為通常所需時間的一小部分。可以分析海量資料集，以及執行模式識別、資料擷取、分析和其他資料分析操作。超級運算有助於簡化金融、科學研究和醫學等產業中的大數據分析，在這些產業中，同時平行處理數百萬個資料至關重要。
更快的效能
典型的超級電腦比傳統電腦快得多，因為 IT 工具使用可能來自數千個平行處理器的資源。超級電腦是必不可少的工具 — 它們更高的效能有助於加快任何與電腦相關的程序。
超級運算如何運作？
超級運算使用分散在連線網路之間的運算節點叢集。每個節點都會執行相同任務的子集，以便它們一起運算最終的複雜結果。高效能運算叢集由數百甚至數千個運算節點組成，每個節點包含大約 8 至 128 個 CPU。然後，網格中介軟體將這些運算資源與依據需要請求處理能力的進階應用程式連線。
節點
三種類型的節點促進大多數超級電腦的執行：
使用者節點
使用者節點請求運算網格的資源。最終使用者提出此請求後，使用者節點就會將請求傳遞通過中介軟體並通知網格運算系統上的所有節點。
供應商節點
供應商節點將資源提供給運算網格。當這些節點收到新的請求時，它們開始執行任務。許多供應商節點允許對稱多處理，具有每秒最高操作次數的能力。中介軟體收集並傳回結果。
控制節點
控制節點充當管理員，管理所有供應商節點資源的配置。中介軟體通訊工具在控制節點上執行，將任務分配給特定的供應商。
超級運算系統有哪些組成部分？
超級運算系統由多個核心元件組成，它們共同合作以提供高效能。以下是主要元件的說明。
網路界面
超級運算使用定制的網路界面，可讓您透過節點間通訊執行應用程式。這些界面可提升執行個體間通訊的效能，並協助擴展工作負載。這些技術混合了 Message Passing Interface (MPI) 和 ML 應用程式來提供隨需彈性。
遠端顯示通訊協定
超級電腦使用遠端顯示通訊協定，因此客戶可以在其裝置上存取資料中心或雲端的應用程式。此通訊協定可讓您遠端執行密集型應用程式，將使用者界面串流至更簡單的裝置。此元件可避免使用昂貴的專用工作站，並提供靈活的部署。
叢集管理工具
叢集管理工具可讓您管理和部署高效能運算叢集。此工具涉及一個簡單的 GUI，可讓您存取供電網路的資源。您可以使用叢集管理工具提交查詢、執行並行處理，以及有效管理資源叢集。
統一界面
統一界面可讓您與平行叢集合作使用雲端原生服務。可以使用單一界面將作業提交至超級電腦網路或內部部署基礎設施。統一界面可讓您追蹤所有運算資源，並將應用程式效能最大化。
冷卻和電源管理
超級運算系統使用強大的冷卻系統來提高能源效率。由於這些系統使用大量的運算能力，因此它們需要協助進行冷卻以免過熱。節能系統可以提供高效能，同時取用更少的資源。
AWS 如何協助支援您的超級運算要求？
AWS 高效能運算提供快速聯網和幾乎無限的基礎設施，可讓您在雲端中執行複雜的模擬和深度學習工作負載。AWS 提供一整套 HPC 產品和服務，為您提供更快的洞察、更強的運算能力和無限的可擴展性。例如：
- Amazon EC2 UltraCluster 可幫助您擴展到數千個 GPU 或機器學習加速器，從而隨需使用超級電腦。
- NICE DCV 提供高效能遠端顯示通訊協定，具有全面的安全性、最佳化成本，以及對遠端桌面的靈活部署。
- AWS ParallelCluster 充當開放原始碼叢集管理工具，為您提供自動資源擴展、無縫遷移到雲端，以及輕鬆管理叢集基礎設施。
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