La inteligencia de mercado en tiempo real, el modelado anatómico humano, la exploración industrial predictiva, la ciencia espacial y muchas más expediciones humanas llevan al mundo actual hacia un futuro inimaginable, debido en gran parte a la informática de alto rendimiento (HPC).
A pesar de requerir enormes recursos, los programas de computación de alto rendimiento siguen desarrollándose, gracias a la invención de las supercomputadoras y la implementación generalizada de la computación en la nube. Estas tecnologías facilitan la vida y admiten un procesamiento de datos rápido e insondable.
Algunas aplicaciones de HPC están rediseñando cómo la ciencia le servirá en el futuro. Pero primero, ¿qué es la informática de alto rendimiento?
La informática de alto rendimiento se refiere a la capacidad de un sistema para procesar una enorme cantidad de datos y ejecutar modelos complejos rápidamente. Los programas HPC, por lo tanto, requieren una enorme potencia de cálculo para procesar terabytes, petabytes o incluso zettabytes de datos en tiempo real.
Por lo tanto, HPC se basa en el principio de computación, redes y almacenamiento de datos.
Dicho esto, aquí hay algunas aplicaciones notables de la tecnología de alto rendimiento que han influido en el mundo.
1. Salud cardiovascular predictiva
Sin duda, la insuficiencia cardíaca es potencialmente mortal. Y quizás uno de los desafíos que enfrenta al tratar de comprender sus mecanismos son las diferencias en la respuesta anatómica del corazón a diversas afecciones. En consecuencia, resulta difícil predecir su comportamiento en tiempo real.
Afortunadamente, están surgiendo algunas soluciones basadas en HPC.
Por ejemplo, IBM , junto con un laboratorio de defensa, simuló históricamente los mecanismos homeostáticos del corazón humano a nivel molecular utilizando una de las supercomputadoras más rápidas del mundo , Sequoia, en 2012.
Aprovecharon la alta velocidad de computación de Sequioa para construir un modelo escalable llamado "Cardioid" para imitar y reconstruir el corazón humano. Y a diferencia de los programas anteriores que solo podían simular unos diez latidos o menos, el programa cardioide podía imitar miles de latidos. Además, era 300 veces más rápido que la mayoría de los modelos.
El proyecto Cardioid de IBM no es el único programa informático de alto rendimiento que está revolucionando la salud cardíaca, el Living Heart Project de Dassault Systemes también es notable.
Por lo tanto, puede esperar ver medicamentos y varios regímenes probados en un corazón simulado primero antes de administrarlos a humanos. Estos programas de HPC también prometen mejorar la colocación de los órganos y los dispositivos cardiovasculares durante las cirugías.
En 2018, Google también desarrolló un modelo de aprendizaje profundo que predice los riesgos de enfermedades cardiovasculares mediante la visión por computadora a partir de imágenes escaneadas de la retina.
La tecnología funciona evaluando los vasos sanguíneos del ojo y luego usándola para predecir la presión arterial sistólica e identificar otros indicadores de riesgo.
Un programa de este tipo ayuda a la detección temprana de problemas cardiovasculares, que es clave para su prevención.
Dicho esto, también están surgiendo modelos de IA de electrocardiograma simulado (ECG) para ayudar a realizar un diagnóstico eficaz en personas con anomalías ventriculares. En consecuencia, mientras que las cirugías a corazón abierto son cada vez más exitosas, el mundo se dirige hacia una era en la que los pacientes y los médicos tienen más confianza que nunca en el resultado de las cirugías de corazón.
Una aplicación exitosa del modelado cardiovascular es el informe de CNN Health de la simulación en 3D del corazón de una niña de 4 años en el Nicklaus Children's Hospital en 2015. Eso es fenomenal, ya que los cirujanos pudieron operar una versión simulada del corazón del paciente y prever los mejores procedimientos operativos antes de la cirugía real.
2. Comprensión del genoma viral
Aunque el genoma viral podría secuenciarse, comprender su patología invasiva en tiempo real es difícil ya que muta. Pero gracias a la informática de alto rendimiento, las simulaciones innovadoras de estos mecanismos están evolucionando. Y está ayudando a quienes toman las decisiones.
Un ejemplo más reciente de una aplicación informática de alto rendimiento, en este caso, es la exploración de CSIRO del genoma completo de COVID-19, que simularon en una supercomputadora CSIRO a principios de 2020.
El equipo de CSIRO Data61 simuló con éxito el mecanismo de unión de COVID-19 al receptor ACE2 humano.
COVID-19 es un virus que muta activamente. Pero una simulación de su mecanismo de acción es de gran ayuda para ayudar a los investigadores a comprender la mayoría de sus comportamientos en evolución. Este avance no solo ayuda a los científicos a saber dónde debe apuntar una vacuna en un genoma viral COVID-19. Pero también es una plantilla para el desarrollo de un patrón de comportamiento predictivo para algunos de los agentes infecciosos más notorios jamás conocidos.
En consecuencia, el desarrollo de fármacos y vacunas se vuelve más barato, más rápido y más eficiente para combatir varios agentes infecciosos.
Es posible que esto ayude a los científicos a identificar supergenes humanos que podrían resistir las infecciones.
3. Tecnología de conducción autónoma
El algoritmo requerido para operar un vehículo sin conductor es complicado y tiene que procesar muchos cálculos complejos en tiempo real. Esencialmente, un camión o automóvil autónomo no puede permitirse un retraso en ninguna de sus funcionalidades. Por lo tanto, necesitan una velocidad de cómputo altamente confiable para funcionar.
Las simulaciones de accidentes, la detección de obstáculos, la respuesta rápida y precisa a los sentidos son las características clave de los vehículos sin conductor para navegar de manera inteligente y segura.
Por supuesto, el propósito de crear autos sin conductor es aprovechar la precisión del aprendizaje profundo para reducir los choques en la carretera y predecir con precisión hacia dónde navegar.
Los gigantes de la tecnología y el automóvil, incluidos Tesla, Waymo, Toyota, Honda, Volkswagen, entre otros, están intensificando sus esfuerzos para probar autos sin conductor que cumplan con los estándares de seguridad vial pública.
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Sin embargo, muchas personas se muestran escépticas acerca de los vehículos autónomos. Pero esta tecnología, si se implementa con éxito, cambiará la faz del transporte. Y tal vez fomentar un impulso hacia una carretera más segura y un consumo de combustible optimizado.
4. Realidad aumentada
Con las tecnologías en evolución y los avances en la computación en la nube, la realidad aumentada, sin duda, convertirá las fantasías en realismo.
La realidad aumentada puede ayudarlo a elegir y probar los productos que compra. Y se siente como si los estuviera viendo físicamente. La RA permite probar cómo se ven productos como la ropa y los accesorios antes de comprarlos.
Incluso está surgiendo en operaciones militares. Un ejemplo es el Sistema de aumento visual integrado (IVAS) de Microsoft , que ayuda a los soldados a ver todas sus coordenadas en tiempo real.
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En los deportes, los jugadores pueden incluso entrenar virtualmente usando tecnología VR. La inmersión en realidad virtual también es una tecnología en evolución que fomentará visiones más realistas en el futuro.
Las grandes empresas de tecnología, incluidas Microsoft, Google, entre otras, han invertido en esta tecnología informática de alto rendimiento. Y con más avances, creemos que el mundo quedará desconcertado cuando la televisión y los juegos se amplíen con paisajes y perspectivas realistas.
5. Monitoreo del clima solar de la NASA
La NASA, en 2019, aprovechó la computación de alto rendimiento para monitorear de forma remota la naturaleza irradiante ultravioleta extrema del sol que causa las erupciones solares, el disruptor del clima solar.
Las condiciones meteorológicas del sistema solar influyen en el lanzamiento de naves espaciales, satélites y estaciones solares. Por lo tanto, para mantener la exploración humana en el espacio y proteger la Tierra, es necesario rastrear los cambios en el clima solar a lo largo del tiempo.
Y, por supuesto, una distorsión en el clima solar puede afectar igualmente a los servicios de transmisión de la tierra, especialmente aquellos que dependen del sistema solar de una forma u otra.
La NASA utiliza un instrumento espacial dedicado llamado EVE MEGS-A para capturar las actividades del sol. Pero declaró en su artículo de investigación publicado en Science Advances , que su nuevo modelo de aprendizaje profundo llenará el vacío si EVE MEGS-A no funciona correctamente.
Entonces, junto con el Frontier Development Lab, la NASA simuló con éxito el instrumento del observatorio solar a través de un modelo de redes neuronales profundas. Debido a que es en tiempo real y dinámica, esta solución da como resultado una rápida toma de decisiones.
Esa es una aplicación de la informática de alto rendimiento que cambia la vida, ya que ayuda a los astronautas y las agencias reguladoras a tomar decisiones impactantes antes de un desastre inminente.
6. Aerodinámica y producción de aeronaves
La informática de alto rendimiento también es aplicable a la fabricación. Muchas industrias ahora usan esta tecnología para modelar y predecir cómo se comportan los materiales no descubiertos. Por lo tanto, crea una puerta de entrada a la creación de nuevos materiales industriales.
La dinámica de fluidos computacional es una de las áreas donde la HPC ha encontrado su propósito. La simulación de turbinas eólicas, piezas de aviación y la predicción de la resistencia de los materiales ha llevado a la invención de algunos productos que cambian la vida.
AAI, por ejemplo, es una organización de tecnología de defensa aeroespacial que modela varias partes aeronáuticas basándose en la dinámica de fluidos computacional. Sin embargo, el modelo de AAI se centra en el desarrollo de sistemas optimizados para HPC para fabricar aviones más seguros.
Simulia también desarrolló un software de simulación utilizando dinámica de fluidos computacional para simular las condiciones dinámicas de crucero de una aeronave. Las soluciones de Simulia y AAI reducen los costos y el tiempo de producción al erradicar la necesidad de pruebas físicas y el desperdicio de materiales costosos.
Las supercomputadoras y la computación en la nube son las dos principales fuerzas impulsoras de los programas de HPC. Ofrecen espacio, velocidad y escalabilidad.
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Las supercomputadoras en las instalaciones pueden ser insuficientes para ponerse al día con el tiempo de ejecución requerido por los programas de HPC a medida que se amplía. Y mientras que la computación en la nube es una alternativa escalable y más rápida, la computación en el borde es una solución en la nube en evolución que puede dominar la computación de alto rendimiento en el futuro.
Las aplicaciones de HPC son ilimitadas y abarcan todos los aspectos de la vida. Por lo tanto, al desarrollar programas de HPC específicos de un campo, los programadores deben tener un vasto conocimiento sobre ese campo. De lo contrario, se vuelve abrumador, ya que también están tratando de lidiar con los tecnicismos de su código. Otro desafío, sin embargo, es cómo escribir código escalable e implementable.
Dicho esto, la informática de alto rendimiento traerá más desarrollo al mundo, incluso antes de lo que cree.
