מה זה HPC?
מחשוב ביצועים גבוהים (High-performance computing) הוא היכולת לעבד נתונים ולבצע חישובים מורכבים במהירויות גבוהות. כדי לשים את זה בפרספקטיבה, מחשב נייד או שולחני עם מעבד 3 GHz יכולים לבצע כ-3 מיליארד חישובים בשנייה. למרות שזה הרבה יותר מהר ממה שכל אדם יכול להשיג, זה מחוויר בהשוואה לפתרונות HPC שיכולים לבצע ארבעים של חישובים בשנייה.
אחד הסוגים הידועים ביותר של פתרונות HPC הוא מחשב העל. מחשב-על מכיל אלפי צמתי מחשוב הפועלים יחד כדי להשלים משימה אחת או יותר. זה נקרא עיבוד מקבילי. זה דומה לאלפי מחשבים מחוברים זה לזה, המשלבים כוח מחשוב כדי להשלים משימות מהר יותר.
במונחים טכניים – הכוונה ל-Cluster של שרתים הבנוי ממספר רב של מעבדים (פיזיים או וירטואליים), כמויות גדולות של זיכרון RAM, מערך אחסון מקבילי מהיר במיוחד (לצורכי קריאה/כתיבה) וחיבור תקשורתי מהיר בין המחשבים החברים ב-Cluster.
High-performance computing שימושי לתרחישים בהם קיים צורך במשאבי מחשוב רבים, מעיבוד תמונה או וידאו (בתהליכי Batch), ועד היכולת לחזות את מזג האוויר (דבר המחייב חיבור מהיר בין רכיבי ה-Cluster).
תוכן עניינים
עולם ה-HPC מתחלק לשתי קטגוריות:
Loosely coupled
בתרחיש זה נדרשים משאבי מחשוב רבים, אך כל משימה רצה בנפרד מייתר המשימות ואין צורך בחיבור מהיר בין רכיבי המערכת ולא קיימת תלות בין הרכיבים על-מנת לסיים את המשימה בשלמותה. דוגמאות לתרחיש זה: עיבוד תמונה, ריצוף גנטי ועוד.
Tightly coupled
בתרחיש זה נדרש חיבור מהיר בין רכיבי ה-cluster וכל רכיב ב-cluster תלוי בייתר הרכיבים לצורך השלמת המשימה כולה. דוגמאות לתרחיש זה: חישוב דינמיקת נוזל, ניסיון לחזות מזג אוויר ועוד.
מדוע HPC חשוב?
באמצעות נתונים מתגלים תגליות מדעיות פורצות דרך, חידושים משנים משחקים מופעלים ואיכות החיים משתפרת עבור מיליארדי אנשים ברחבי העולם. HPC הוא הבסיס להתקדמות מדעית, תעשייתית וחברתית.
ככל שמתפתחות טכנולוגיות כמו האינטרנט של הדברים (IoT), בינה מלאכותית (AI) והדמיה תלת מימדית, גודל וכמות הנתונים שעמם ארגונים צריכים לעבוד גדלים באופן אקספוננציאלי. למטרות רבות, כמו הזרמת אירוע ספורט בשידור חי, מעקב אחר סערה מתפתחת, בדיקת מוצרים חדשים או ניתוח מגמות במניות, היכולת לעבד נתונים בזמן אמת היא קריטית.
כדי לשמור על צעד אחד לפני המתחרים, ארגונים זקוקים לתשתית IT מהירה בזק ואמינה במיוחד כדי לעבד, לאחסן ולנתח כמויות אדירות של נתונים.
איך HPC עובד?
לפתרונות High-performance computing שלושה מרכיבים עיקריים:
- חישוב
- רשת
- אחסון
כדי לבנות ארכיטקטורת מחשוב עם ביצועים גבוהים, שרתי מחשוב מחוברים יחדיו לאשכול. תוכנות ואלגוריתמים מופעלים בו זמנית על השרתים באשכול. האשכול מחובר לאחסון הנתונים כדי ללכוד את הפלט. יחד, רכיבים אלה פועלים בצורה חלקה כדי להשלים מערך מגוון של משימות.
כדי לפעול בביצועים מקסימליים, כל רכיב חייב לעמוד בקצב האחרים. לדוגמה, רכיב האחסון חייב להיות מסוגל להזין ולהכניס נתונים אל שרתי המחשוב וממנו באותה מהירות שבה הוא מעובד. כמו כן, רכיבי הרשת חייבים להיות מסוגלים לתמוך בהעברה מהירה של נתונים בין שרתי מחשוב ואחסון הנתונים. אם רכיב אחד לא יכול לעמוד בקצב השאר, הביצועים של כל תשתית HPC נפגעים.
מהו אשכול HPC?
אשכול HPC מורכב ממאות או אלפי שרתי מחשוב המחוברים יחד לרשת. כל שרת נקרא צומת. הצמתים בכל אשכול עובדים במקביל זה לזה, ומגבירים את מהירות העיבוד כדי לספק מחשוב בעל ביצועים גבוהים.
מקרי שימוש ב-HPC
פתרונות HPC, הפרוסים במקום, בקצה או בענן, משמשים למגוון מטרות בתעשיות מרובות. לדוגמא:
- מעבדות מחקר - משמש כדי לעזור למדענים למצוא מקורות של אנרגיה מתחדשת, להבין את התפתחות היקום שלנו, לחזות ולעקוב אחר סערות וליצור חומרים חדשים.
- מדיה ובידור - משמש לעריכת סרטים עלילתיים, עיבוד אפקטים מיוחדים מרהיבים, והזרמת אירועים חיים ברחבי העולם.
- נפט וגז - משמש כדי לזהות בצורה מדויקת יותר היכן לקדוח עבור בארות חדשות ולעזור להגביר את הייצור מבארות קיימות.
- בינה מלאכותית ולמידת מכונה - משמש לאיתור הונאה בכרטיסי אשראי, מתן תמיכה טכנית בהדרכה עצמית, ללמד כלי רכב נהיגה עצמית ולשפר טכניקות בדיקת סרטן.
- שירותים פיננסיים - משמש למעקב אחר מגמות מניות בזמן אמת ולהפוך את המסחר לאוטומטי.
- משמש לתכנון מוצרים חדשים, לדמות תרחישי בדיקה ולוודא שחלקים נשמרים במלאי כך שקווי ייצור לא יישמרו.
- משמש כדי לסייע בפיתוח תרופות למחלות כמו סוכרת וסרטן וכדי לאפשר אבחון מהיר ומדויק יותר של המטופל.
Net App ו-HPC
פתרון NetApp HPC כולל קו שלם של מערכות אחסון מסדרת E בעלות ביצועים גבוהים בצפיפות גבוהה. ארכיטקטורה מודולרית עם מחיר/ביצועים מובילים בתעשייה מציעה פתרון אמיתי של תשלום לפי גדילה לתמיכה בדרישות אחסון עבור מערכי נתונים מרובי פטה-בייט. המערכת משולבת עם מערכות קבצים מובילות HPC, לרבות Lustre, IBM Spectrum Scale, BeeGFS ואחרות כדי להתמודד עם דרישות הביצועים והאמינות של תשתיות המחשוב הגדולות בעולם.
מערכות E-Series מספקות את הביצועים, האמינות, המדרגיות, הפשטות ו-TCO נמוך יותר הנדרשים כדי להתמודד עם האתגרים של תמיכה בעומסי עבודה קיצוניים:
- ביצועים. מספק עד מיליון IOPS קריאה אקראית ו-13GB/sec מתמשך (פרץ מקסימלי) רוחב פס לכל אבן בניין שניתן להרחבה. פתרון NetApp HPC, מותאם הן ל-Flash והן עבור מדיה מסתובבת, כולל טכנולוגיה מובנית המנטרת עומסי עבודה ומתאים אוטומטית תצורות כדי למקסם את הביצועים.
- מהימנות. עיצוב סובלני לתקלות מספק יותר מ-99.9999% זמינות, שהוכח על ידי יותר ממיליון מערכות שנפרסו. תכונות מובנות של אבטחת נתונים עוזרות לוודא שהנתונים מדויקים ללא נפילות, שחיתות או סיביות שהוחמצו.
- קל לפריסה ולניהול. עיצוב מודולרי, שכפול תוך כדי (“חתוך והדבק”) של בלוקי אחסון, ניטור יזום ותסריטי אוטומציה, כולם מסתכמים בניהול קל, מהיר וגמיש.
- מדרגיות. גישה מפורטת ואבני בניין לצמיחה המאפשרת מדרגיות חלקה מטרה-בייט לפטה-בייט על ידי הוספת קיבולת בכל קצב - כונן אחד או כוננים מרובים בו-זמנית.
- TCO נמוך יותר. אבני בניין מותאמות למחיר/ביצועים והצפיפות הטובה ביותר בתעשייה מספקות עלויות צריכת חשמל, קירור ותמיכה נמוכות, ושיעורי תקלות נמוכים פי 4 בהשוואה להתקני HDD ו-SSD רגילים.