Yüksek Performanslı Bilişim (HPC) nedir?

DNA sıralama gibi bazı iş yüklerini tek bir bilgisayarın işlenmesi çok zordur. HPC veya süper bilişim ortamları, kısa bir süre içinde çok miktarda hesaplama yapmak için bir kümede (bağlı grup) birlikte çalışan bireysel düğümler (bilgisayarlar) ile bu büyük ve karmaşık zorlukları ele alır. Maliyetleri düşürmek için bu kümeleri oluşturmak ve kaldırmak genellikle bulutta otomatiktir.

HPC çeşitli iş yükü türleri üzerinde çalıştırılabilir ama en yaygın ikisi düzenli olarak paralel iş yükleri ve sıkı bir şekilde birleştirilen iş yükleri şeklinde çalışır.

Düzenli olarak paralel iş yükleri

Genellikle aralarında çok az veya hiç iletişim olmadan, aynı anda çalıştırılabilen küçük, basit ve bağımsız görevlere ayrılan hesaplama sorunlarıdır. Örneğin, bir şirket bir düğüm kümesindeki bireysel işlemci çekirdeklerine 100 milyon kredi kartı kaydı gönderebilir. Bir kredi kartı kaydının işlenmesi küçük bir görevdir ve kümeye 100 milyon kayıt dağıtıldığında bu küçük görevler şaşırtıcı hızlarda aynı anda (paralel olarak) gerçekleştirilebilir. Yaygın kullanım senaryoları risk simülasyonları, moleküler modelleme, bağlamsal arama ve lojistik simülasyonları içerir.

Sıkı bir şekilde birleştirilen iş yükleri

Genellikle büyük bir paylaşılan iş yükü alır ve bunu sürekli iletişim kuran daha küçük görevlere ayırır. Başka bir deyişle, kümedeki farklı düğümler, işlemeyi gerçekleştirirken birbirleriyle iletişim kurar. Yaygın kullanım senaryoları arasında hesaplama akışkanları dinamikleri, hava tahmini modelleme, malzeme simülasyonları, otomobil çarpışma emülasyonları, jeo-mekansal simülasyonlar ve trafik yönetimi yer alır.

HPC neden önemlidir?

HPC, yıllardır akademik araştırma ve endüstri inovasyonunun önemli bir parçası olmuştur. HPC mühendislerin, veri bilimcilerinin, tasarımcıların ve diğer araştırmacıların büyük, karmaşık sorunları çok daha kısa sürede ve geleneksel bilişimden daha az maliyetle çözmelerine yardımcı olur.

HPC'nin başlıca faydaları şunlardır:

• Daha az fiziksel test: HPC, fiziksel testlere olan ihtiyacı ortadan kaldırarak simülasyonlar oluşturmak için kullanılabilir. Örneğin, otomotiv kazalarını test ederken, çarpışma testi yapma bir simülasyon oluşturmaktan çok daha kolay ve daha uygun maliyetlidir.
• Hız: En son CPU'lar, grafik işleme birimleri (GPU'lar) ve uzaktan doğrudan bellek erişimi (RDMA) gibi düşük gecikme süreli ağ kurma yapıları ile birlikte tüm flash yerel ve blok depolama cihazları ile birlikte sunulan HPC, haftalar veya aylar yerine birkaç dakika içinde devasa hesaplamalar gerçekleştirebilir.
• Maliyet: Daha hızlı yanıtlar daha az boşa zaman harcama ve daha düşük maliyet anlamına gelir. Buna ek olarak, bulut tabanlı HPC ile birlikte küçük işletmeler ve girişimler bile, HPC iş yüklerini çalıştırmayı, yalnızca kullandıkları kadar ödeme yaparak ve gerektiğinde ölçek artırarak azaltmayı göze alabilirler.
• Yenilik: HPC neredeyse her endüstri genelinde inovasyonu teşvik eder. Tüm dünyada insanların yaşam kalitesini artıran, çığır açan bilimsel keşiflerin arkasındaki güçtür.

Neredeyse her endüstride Fortune 1000 şirketi HPC kullanıyor ve popülerliği artıyor. Hyperion Research'e göre, global HPC pazarının 2022 yılına kadar 44 milyar dolara ulaşması bekleniyor.

Aşağıda, HPC kullanan endüstrilerden bazıları ve HPC'nin gerçekleştirmelerine yardımcı olduğu iş yükü türleri yer almaktadır:

• Havacılık: Uçakların kanatları üzerinden hava akışı gibi karmaşık simülasyonlar oluşturma
• Üretim: Otonom sürüş için olanlar gibi simülasyonlar yaparak yeni ürünlerin tasarımı, üretimi ve testini destekleyerek daha güvenli otomobiller, daha hafif parçalar, daha verimli süreçler ve inovasyonlar elde edin
• Finansal teknoloji (fintech): Karmaşık risk analizleri, yüksek frekanslı ticaret, finansal modelleme ve sahtecilik tespiti yapma
• Genomikler: DNA'yı sıralama, ilaç etkileşimlerini analiz etme ve soy çalışmalarını desteklemek için protein analizleri çalıştırma
• Sağlık Hizmetleri: İlaç araştırması, aşı oluşturma ve nadir ve yaygın hastalıklar için yenilikçi tedaviler geliştirme
• Medya ve eğlence: Animasyon oluşturma, filmler için özel efektler yapma, büyük ortam dosyalarını kodlama ve etkileyici eğlence içerikleri oluşturma
• Petrol ve gaz: Petrol ve gaz kaynaklarının nerede olduğunu tahmin etmek için mekansal analizler ve test rezervuar modelleri gerçekleştirme ve akışkan akışı ve sismik işleme gibi simülasyonlar yapma
• Perakende: Daha hedefe yönelik ürün önerileri ve daha iyi müşteri hizmetleri sunmak için büyük miktarlarda müşteri verisinin analiz edilmesi

HPC nerede kullanılır?

HPC, şirket içinde, bulutta veya her birini içeren hibrit bir modelde kullanılabilir.

Şirket içi bir HPC dağıtımında, bir işletme veya araştırma kurumu zaman içinde yönettikleri ve yükselttikleri sunucular, depolama çözümleri ve diğer altyapılarla dolu bir HPC kümesi oluşturur. Bulut HPC dağıtımında, bir bulut hizmet sağlayıcısı altyapıyı yönetir ve günceller ve organizasyonlar bunu kullandıkça öde modelinde kullanır.

Bazı organizasyonlar (özellikle şirket içi altyapıya yatırım yapan ancak bulutun hız, esneklik ve maliyet tasarrufundan yararlanmak isteyen) hibrit dağıtımları kullanır. Bazı HPC iş yüklerini sürekli olarak çalıştırmak ve kuyrukta bekletme süresi tüketim noktasında bir sorun haline geldiğinde özel olarak bulut hizmetlerine dönmek için bulutu kullanabilirler.

Şirket içi HPC dağıtımlarının zorlukları nelerdir?

Şirket içi HPC ortamlarına sahip organizasyonlar, operasyonları üzerinde çok fazla kontrol sahibi olurlar ama aşağıdakiler dahil olmak üzere çeşitli zorluklarla uğraşmaları gerekir:

• Sürekli yükseltilmesi gereken bilişim ekipmanı için ciddi sermaye yatırımı
• Sürekli olarak yönetim ve diğer operasyonel maliyetler için ödeme yapma
• Özellikle talebin artması durumunda kullanıcılar HPC iş yüklerini çalıştırmadan önce günler, aylar süren kuyrukta bekletme süresi veya gecikme yaşama
• Araştırma ve iş temposunu yavaşlatan uzun satın alma döngüleri nedeniyle daha güçlü ve verimli bilişim ekipmanına yükseltmeleri erteleme

Kısmen şirket içi ortamların maliyetleri ve diğer zorlukları nedeniyle, bulut tabanlı HPC dağıtımları daha popüler hale gelmektedir ve Market Research Future 2017'den 2023'e kadar dünya çapında %21 pazar büyümesi tahmininde bulunmaktadır. İşletmeler HPC iş yüklerini bulutta çalıştırdıklarında, yalnızca kullandıkları kadar öderler ve bu ihtiyaçları değiştikçe hızla artabilir veya azalabilir.

Müşteri kazanmak ve müşterileri elde tutmak için, en iyi bulut sağlayıcıları, HPC iş yükleri için özel olarak tasarlanmış öncü teknolojileri kullanır; bu nedenle, şirket içi ekipman eskidikçe performansın düşmesi tehlikesi yoktur. Bulut sağlayıcıları, en yeni ve en hızlı CPU ve GPU'ların yanı sıra düşük gecikme süreli flash depolama, ışık hızında RDMA ağları ve kurumsal sınıf güvenlik sunar. Hizmetler her gün ve günün tamamında, çok az veya hiç kuyrukta bekletme süresi olmadan kullanılabilir.

HPC Bulutu - Bir bulut ortamı seçerken göz önünde bulundurulması gerekenler nelerdir?

Tüm bulut sağlayıcıları eşit şekilde oluşturulmaz. Bazı bulutlar HPC için tasarlanmamıştır ve zorlu iş yüklerinin doruk noktası dönemlerinde en iyi performansı sağlayamaz. Bir bulut sağlayıcısı seçerken göz önünde bulundurulması gereken dört özellik şunlardır:

• Öncü performans: Bulut sağlayıcınız en yeni nesil işlemcilere, depolamaya ve ağ teknolojilerine sahip olmalı ve bunları güncellemelidir. Tipik şirket içi dağıtımları karşılayan veya aşan kapsamlı kapasite ve üst düzey performans sunduklarından emin olun.
• HPC Deneyimi: Seçtiğiniz bulut sağlayıcısı, çeşitli istemciler için HPC iş yüklerini çalıştırma konusunda kapsamlı deneyime sahip olmalıdır. Ayrıca, bulut hizmetleri, birden fazla simülasyon veya model çalıştırırken olduğu gibi doruk noktası yaşanan dönemlerde bile optimum performans sağlayacak şekilde tasarlanmalıdır. Çoğu durumda, yalın donanım bilgisayar örnekleri, sanal makinelere kıyasla daha tutarlı ve güçlü performans sunar.
• Taşıma ve kaydırma esnekliği: HPC iş yüklerinizin şirket içinde olduğu gibi bulutta da çalışması gerekir. Taşı ve değiştir işleminde iş yüklerini "olduğu gibi" buluta taşıdıktan sonra, gelecek hafta çalıştıracağınız simülasyon, on yıl önce çalıştırdığınız simülasyonla tutarlı bir sonuç üretmelidir. Bu, aynı veriler ve hesaplamalar kullanılarak yıldan yıla karşılaştırmaların yapılması gereken endüstrilerde son derece önemlidir. Örneğin, aerodinamik, otomobil ve kimya alanları için hesaplamalar değişmemiştir ve sonuçlar da değişemez.
• Gizli maliyet yok: Bulut hizmetleri genellikle kullandıkça öde modelinde sunulur, bu nedenle hizmeti her kullandığınızda tam olarak ne ödeyeceğinizi anladığınızdan emin olun. Çoğu kullanıcı, giden veri hareketinin veya çıkışının maliyeti karşısında şaşırır; işlem ve veri erişim talepleri için ödeme yapmanız gerektiğini biliyor olabilirsiniz, ancak çıkış maliyetleri kolayca gözden kaçabilir.

HPC'nin geleceğinde neler var?

Birden fazla sektördeki işletme ve kurumlar, uzun yıllar devam etmesi beklenen büyümeyi hızlandıran HPC'ye yöneliyor. Global HPC pazarının 2017 yılında 31 milyar ABD dolarından 2023 yılında 50 milyar ABD dolarına çıkması bekleniyor. Bulut performansı gelişmeye ve daha da güvenilir ve güçlü hale gelmeye devam ettikçe, bu büyümenin çoğunun, işletmelerin veri merkezi altyapısına ve ilgili maliyetlere milyonlarca yatırım yapma ihtiyacını ortadan kaldıran bulut tabanlı HPC dağıtımlarında olması bekleniyor.

Yakın gelecekte, büyük verileri analiz etmek ve simülasyonları ve diğer HPC iş yüklerini çalıştırmak için kullanılan aynı büyük bilgisayar kümesiyle, büyük veri ve HPC'nin birleştiğini görmeyi bekliyoruz. Bu iki eğilim birleştiğinde, sonuç her biri için daha fazla bilişim gücü ve kapasitesi olacak ve bu da daha fazla çığır açan araştırma ve yeniliğe yol açacaktır.

i Earl Joseph, Steve Conway, Bob Sorensen, Alex Norton. Hyperion Research Güncellemesi: ISC19. https://hyperionresearch.com/wp-content/uploads/2019/06/Hyperion-Research-ISC19-Breakfast-Briefing-Presentation-June-2019.pdf

ii https://www.abnewswire.com/pressreleases/cloud-hpc-market-growing-swiftly-at-21-cagr-by-2023-cloud-high-performance-computing-market-forecast-by-component-service-deployment-industry-vertical_211149.html

iii https://www.businesswire.com/news/home/20181218005581/en/Global-High-performance-Computing-HPC-Market-2018-2023-Grow