High Performance Computing (HPC) คืออะไร

High Performance Computing (HPC) เป็นการประมวลผลการดำเนินการคำนวณที่ซับซ้อนแบบขนาน ระบบ HPC แบ่งภาระงานออกเป็นงานย่อยและมอบหมายงานดังกล่าวให้ทรัพยากรมากมายตเพื่อการประมวลผลพร้อมกัน ความสามารถในการประมวลผลแบบขนานเหล่านี้ทำให้คลัสเตอร์ HPC สามารถดำเนินการเวิร์กโหลดขนาดใหญ่ได้เร็วและมีประสิทธิภาพมากกว่าโมเดลการประมวลผลแบบเดิม

สามารถออกแบบระบบ HPC เหล่านี้ให้ขยายขนาดหรือขยายออก การออกแบบแบบขยายขนาดจะเก็บงานไว้ในระบบเดียวแต่แยกงานออกเพื่อให้คอร์โปรเซสเซอร์แยกกันหลายตัวสามารถทำงานได้ เป้าหมายของการออกแบบแบบขยายขนาดคือเพื่อเพิ่มการใช้งานเซิร์ฟเวอร์แต่ละรายการให้สูงสุด การออกแบบแบบขยายขนาดยังแบ่งงานออกเป็นส่วนๆ ที่จัดการได้และกระจายไปยังเซิร์ฟเวอร์หลายเครื่อง

ทำไม High Performance Computing จึงมีความสำคัญ

High Performance Computing ไม่ใช่เรื่องใหม่ เวิร์คสเตชั่น HPC และซูเปอร์คอมพิวเตอร์มีบทบาทสำคัญในการวิจัยทางวิชาการมายาวนาน โดยช่วยแก้ปัญหาที่ซับซ้อนและกระตุ้นให้เกิดการค้นพบและนวัตกรรม

นักวิทยาศาสตร์ วิศวกร และนักวิจัยพึ่งพา HPC สำหรับกรณีการใช้งานที่หลากหลาย รวมถึงการพยากรณ์อากาศ การสำรวจน้ำมันและก๊าซ ฟิสิกส์ กลศาสตร์ควอนตัม และสาขาอื่นๆ ในการวิจัยทางวิชาการและการใช้งานเชิงพาณิชย์

ความสามารถในการประมวลผลแบบขนานของ HPC ช่วยเร่งกระบวนการแบบวนซ้ำได้อย่างมากเมื่อเทียบกับการประมวลผลแบบเดิม ตัวอย่างเช่น HPC สามารถลดระยะเวลาการทำงานในการฝึกโมเดลการเรียนรู้เชิงลึกจากหลายวันเหลือเพียงไม่กี่ชั่วโมง เนื่องจากแอปพลิเคชัน AI และข้อมูลขนาดใหญ่ได้รับความนิยมมากขึ้น และทรัพยากรการประมวลผลขั้นสูงสามารถเข้าถึงได้และราคาถูกลง HPC จึงถูกนำไปใช้เพื่อแก้ปัญหาท้าทายที่หลากหลายมากขึ้น ส่งผลให้นวัตกรรมแพร่หลายมากขึ้น

HPC ทำงานอย่างไร

แม้ว่า HPC สามารถรันบนโหนดเดียวได้ แต่พลังที่แท้จริงมาจากการเชื่อมต่อโหนด HPC หลายโหนดเข้ากับคลัสเตอร์สำหรับการประมวลผลแบบซูเปอร์คอมพิวเตอร์และการประมวลผลแบบขนาน คลัสเตอร์ HPC สามารถคำนวณการจำลองในระดับสุดขั้ว การอนุมาน AI และการวิเคราะห์ข้อมูลซึ่งอาจไม่สามารถทำได้ในระบบเดียว

ซูเปอร์คอมพิวเตอร์สมัยใหม่เป็นคลัสเตอร์ HPC ขนาดใหญ่ที่ประกอบด้วย CPU ตัวเร่งความเร็ว โครงสร้างพื้นฐานการสื่อสารประสิทธิภาพสูง หน่วยความจำ และที่เก็บข้อมูลที่มีความซับซ้อน โดยทั้งหมดทำงานร่วมกันข้ามโหนดเพื่อป้องกันปัญหาคอขวดและมอบประสิทธิภาพที่ดีที่สุด

ไลบรารีซอฟต์แวร์แพลตฟอร์ม HPC กรอบงานที่เหมาะสมที่สุดสำหรับข้อมูลขนาดใหญ่และการเรียนรู้เชิงลึก และเครื่องมือซอฟต์แวร์อื่นๆ ช่วยปรับปรุงการออกแบบและประสิทธิภาพของคลัสเตอร์ HPC

คลัสเตอร์ HPC คืออะไร

คลัสเตอร์ HPC คือการรวมเซิร์ฟเวอร์ที่แยกกัน เรียกว่า โหนด ซึ่งทำหน้าที่เป็นหน่วยหนึ่งในการประมวลผลแบบขนาน คลัสเตอร์ HPC เชื่อมโยงกันด้วยเครือข่ายที่รวดเร็ว และกรอบการทำงานการประมวลผลแบบกระจายได้รับการประสานงานโดยใช้ซอฟต์แวร์ คลัสเตอร์ HPC สามารถปรับขนาดเพื่อจัดการกับข้อมูลจำนวนมหาศาลและการทำงานที่ซับซ้อนสูงด้วยความเร็วสูง

ข้อดีของ High Performance Computing

การดำเนินการที่ต้องใช้การคำนวณอย่างหนักในทรัพยากรที่ใช้ร่วมกันทำให้ HPC สามารถบรรลุผลลัพธ์ได้เร็วขึ้นและมีต้นทุนต่ำกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับวิธีการคำนวณแบบเดิม ในหลายกรณี ระบบคอมพิวเตอร์แบบดั้งเดิมอาจใช้เวลามากเกินไปหรือไม่สามารถใช้งานได้จริงในการแก้ปัญหาการคำนวณหรือการจำลองที่ซับซ้อน หรือในการฝึกโมเดล AI ที่ซับซ้อนเป็นพิเศษ ลักษณะการทำงานแบบคู่ขนานของ HPC ช่วยให้เกิดประสิทธิภาพที่ประหยัดเวลาได้ในการประมวลผลได้หลายชั่วโมงหรือหลายวัน

โปรเซสเซอร์ประสิทธิภาพสูงแบบปรับขนาดได้ หน่วยความจำความจุสูง พื้นที่จัดเก็บ และระบบเครือข่ายที่มีความเร็วสูงที่มีมากขึ้น ทำให้เทคโนโลยี HPC เข้าถึงได้ง่ายขึ้น ด้วยเหตุนี้ HPC จึงถูกนำมาใช้อย่างแพร่หลายในการแก้ไขปัญหาที่ซับซ้อน วิเคราะห์ชุดข้อมูลขนาดใหญ่ และคิดค้นโซลูชั่นแบบใหม่ทั้งในภาครัฐและภาคเอกชน รวมถึงในแวดวงการศึกษาด้วย

ทรัพยากรบนคลาวด์ยังสามารถช่วยให้ HPC มีราคาถูกลงได้อีกด้วย นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรสามารถรันเวิร์กโหลด HPC บนโครงสร้างพื้นฐานภายในองค์กรหรือปรับขนาดขึ้นและขยายออกในระบบคลาวด์เพื่อช่วยลดความจำเป็นในการลงทุนด้านเงินทุน

ความท้าทายของ High Performance Computing

ระบบ HPC มีประโยชน์ที่น่าสนใจ แต่ก็อาจก่อให้เกิดข้อท้าทายที่เป็นเอกลักษณ์ได้เช่นกัน เนื่องจาก HPC ได้รับการออกแบบมาเพื่อจัดการกับปัญหาที่ซับซ้อน ระบบต่างๆ เองจึงมักจะมีขนาดใหญ่ ซับซ้อน และมีราคาแพง ขณะที่ระบบ HPC ขยายตัวเพื่อรวมคอร์โปรเซสเซอร์หลายร้อยหรือหลายพันคอร์ ระบบเหล่านั้นใช้พลังงานมหาศาลและต้องการการระบายความร้อนที่แข็งแกร่ง ส่งผลให้ต้นทุนการดำเนินงานสูง นอกจากนี้ การจ้างผู้เชี่ยวชาญ HPC ที่มีคุณสมบัติเหมาะสมเพื่อตั้งค่าและรันระบบอาจมีความท้าทายและมีค่าใช้จ่ายสูง ในบางกรณี การโยกย้ายกระบวนการ HPC ที่สำคัญไปยังคลาวด์สามารถช่วยลดต้นทุน

ความท้าทายด้านความปลอดภัยยังเพิ่มมากขึ้นเนื่องจากความซับซ้อนของระบบ HPC และลักษณะการทำงานแบบขนานที่เชื่อมโยงกัน แอปพลิเคชัน HPC มักพึ่งพาชุดข้อมูลขนาดใหญ่ รวมถึงข้อมูลที่ละเอียดอ่อน ทำให้กลายเป็นเป้าหมายที่น่าสนใจสำหรับการก่ออาชญากรรมทางไซเบอร์และการจารกรรมทางไซเบอร์ ระบบ HPC อาจถูกแบ่งปันกันในกลุ่มผู้ใช้ขนาดใหญ่ ซึ่งทำให้ระบบมีความเสี่ยงเพิ่มมากขึ้น กระบวนการรักษาความปลอดภัยทางไซเบอร์และการกำกับดูแลข้อมูลที่เข้มงวดต้องรวมถึงการควบคุมการเข้าถึงเพื่อไม่ให้ผู้ใช้ที่ไม่ได้รับอนุญาตหรือโค้ดที่เป็นอันตรายสามารถนำเข้าสู่ระบบได้

ตัวอย่างของ High Performance Computing

ห้องปฏิบัติการวิจัย หน่วยงานของรัฐ และธุรกิจต่างๆ พึ่งพา HPC มากขึ้นสำหรับการจำลองและสร้างแบบจำลองในแอปพลิเคชันที่หลากหลาย รวมถึงความปลอดภัยในการจราจร การขับขี่อัตโนมัติ การออกแบบและการผลิตผลิตภัณฑ์ การพยากรณ์อากาศ การวิเคราะห์ข้อมูลแผ่นดินไหว และการผลิตพลังงาน ระบบ HPC ยังมีส่วนสนับสนุนความก้าวหน้าด้านการแพทย์แม่นยำ การประเมินความเสี่ยงทางการเงิน การตรวจจับการฉ้อโกง พลศาสตร์ของไหลเชิงคำนวณ และด้านอื่นๆ อีกด้วย

HPC และ AI

HPC AI มอบโครงสร้างพื้นฐานการประมวลผลแบบขนานเพื่อขับเคลื่อนอัลกอริทึม AI ขั้นสูง ช่วยให้นักวิจัยและวิศวกรสามารถขยายขอบเขตของ AI และแอปพลิเคชันการเรียนรู้เชิงลึก

HPC สำหรับบริการทางการเงิน

HPC ช่วยปรับกระบวนการใช้งาน AI ในบริการทางการเงินให้มีประสิทธิภาพยิ่งขึ้น รวมถึงจัดการชุดข้อมูลที่มีขนาดใหญ่และซับซ้อนเพิ่มมากขึ้นเพื่อรองรับการวิเคราะห์ตลาดแบบเกือบเรียลไทม์ และการกำหนดราคาตัวเลือก การติดตามธุรกรรม และการตรวจจับการฉ้อโกง

HPC ในอุตสาหกรรมยานยนต์

ระบบ HPC รองรับการออกแบบและวิศวกรรมที่ช่วยด้วยคอมพิวเตอร์ รวมถึงการจำลองและการทดสอบสำหรับรถรุ่นใหม่ การพัฒนายานพาหนะขับเคลื่อนอัตโนมัติอย่างต่อเนื่องยังอาศัยระบบ HPC เพื่อฝึกโมเดล AI ซ้ำๆ กัน

HPC ในการดูแลสุขภาพและวิทยาศาสตร์เพื่อชีวิต

เทคโนโลยี HPC และ AI ใช้เพื่อเร่งและลดความซับซ้อนของการวิเคราะห์จีโนมเพื่อรองรับการแพทย์แม่นยำ เช่นเดียวกับการจำลองพลวัตระดับโมเลกุลเพื่อค้นพบและทดสอบการรักษาด้วยชีวเภสัชกรรมใหม่ๆ

HPC ในหน่วยงานภาครัฐ

หน่วยงานภาครัฐ มหาวิทยาลัย และห้องปฏิบัติการวิจัยใช้ HPC เพื่อเร่งการค้นพบ การทำงานอัตโนมัติ และการตัดสินใจโดยอาศัยข้อมูล

HPC ในการรักษาความปลอดภัยทางไซเบอร์

HPC ขับเคลื่อนการปรับปรุงที่ใช้ AI ให้กับโซลูชันการรักษาความปลอดภัยทางไซเบอร์ ซึ่งช่วยปกป้ององค์กร ระบบ ผู้ใช้ และข้อมูลของพวกเขาจากการโจมตีทางไซเบอร์ที่ซับซ้อนมากขึ้นเรื่อยๆ

อนาคตของ High Performance Compu

เนื่องจากฮาร์ดแวร์และซอฟต์แวร์ HPC สามารถเข้าถึงและแพร่หลายได้มากขึ้นในศูนย์ข้อมูลและบนคลาวด์ จึงคาดว่าเทคโนโลยี HPC จะผลักดันนวัตกรรมและผลผลิตสำหรับธุรกิจและหน่วยงานภาครัฐทุกขนาด ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ HPC กำลังอยู่ระหว่างการก้าวข้ามขีดจำกัดระดับ Exascale ทำให้มีศักยภาพในการแก้ไขปัญหาที่ซับซ้อนมากขึ้น ในอนาคต ระบบ HPC อาจใช้ประโยชน์จากการประมวลผลแบบควอนตัมเพื่อให้ได้พลังการประมวลผลที่ไม่เคยมีมาก่อน แม้ว่าเทคโนโลยีนี้ยังอยู่ในช่วงการทดลองขั้นสูงอยู่ก็ตาม ในขณะที่ความสามารถในการประมวลผล HPC ยังคงขยายตัวต่อไป ความสามารถของระบบในการรับมือกับความท้าทายทางวิศวกรรม วิทยาศาสตร์ และ AI ที่ซับซ้อนที่สุดของเราก็จะขยายตัวตามไปด้วย