新兴空间简报：高性能计算

Ali Javaheri新兴技术分析师ali.javaheri@pitchbook.com 高性能计算 最初发表于2024年6月6日 趋势公司 Overview 高性能计算(HPC)是指使用强大的处理器、网络和存储系统来解决复杂的计算问题。HPC系统可以高速处理大量数据，使其对于科学研究、工程和各种行业至关重要。 背景 HPC起源于1960年代CDC6600超级计算机的诞生。20世纪80年代和90年代，大规模并行处理和分布式计算取得了重大进展，使HPC更易于访问和更具成本效益。2000年代引入了千万亿次计算，IBM的Roadrer强调了这一点，现在的工作重点是千百次计算。HPC的快速增长是由基因组学、人工智能和其他领域的数据爆炸式增长以及处理器、网络和存储技术的进步推动的。的崛起。 基于云的HPC解决方案降低了进入壁垒，使初创公司能够访问强大的计算资源。汽车、航空航天和金融等行业越来越多地采用HPC进行复杂的模拟和数据分析。 要访问更多此类数据和PitchBook的新兴空间工具，请在此处免费试用。 技术和流程 高级处理器 •多核中央处理单元(CPU): HPC系统利用具有多个核的处理器,允许并行处理和同时执行多个任务。 •图形处理单元(GPU)：最初设计用于渲染图形，GPU现在在HPC中至关重要，因为它们能够有效处理大规模计算。 •专用加速器：现场可编程门阵列(FPGA)和张量处理单元(TPU)等设备提供量身定制的计算能力，这对AI和机器学习（ML）应用程序特别有利。 高速网络 •InfiniBand和高性能以太网：这些技术可确保HPC群集中节点之间的快速数据传输，从而减少延迟并保持整个系统的同步。高速互连对于分布式计算任务的性能至关重要。 强大的存储解决方案 •固态硬盘(SSD)：SSD提供快速数据访问所需的高吞吐量，这对于处理HPC应用中典型的大型数据集至关重要。 •并行文件系统：Lustre和GPFS等系统旨在跨多个存储设备分发数据，实现并发访问并减少瓶颈，从而提高整体系统效率。 优化的软件 •中间件和作业调度器：Slurm和Torque等工具管理作业分配和资源分配，确保有效利用计算资源。 •优化库：诸如消息传递接口(MPI)和统一计算设备体系结构(CUDA)之类的库为并行处理提供了优化的功能，从而最大限度地提高了HPC系统的性能。 基于云的HPC •云计算：云计算的兴起通过提供可扩展的按需计算资源彻底改变了HPC。AmazonWebServices、MicrosoftAzure和GoogleCloud等主要提供商允许组织访问HPC功能无需对基础设施进行大量的前期投资。这使访问变得民主化，尤其有利于初创企业和小型企业。 Applications HPC通过为复杂和数据密集型任务提供必要的计算能力，在各种行业中发挥着至关重要的作用。在科学研究中，它支持详细的气候建模，并促进基因组学中的DNA测序和分析。汽车和航空航天工业使用HPC进行设计优化、模拟和测试，而材料科学则从中受益，用于开发新材料。金融服务采用HPC进行风险建模、高频交易和欺诈检测。在医疗保健领域，HPC加速了药物发现过程并增强了对医学图像的分析。它还通过训练复杂的模型和大数据分析来支持AI和ML。娱乐行业利用HPC来呈现视觉效果和动画，而流媒体服务利用它来实现高效的内容交付。这些多样化的应用展示了HPC的广泛影响力及其在推动各个领域进步方面的巨大潜力。 局限性 与任何复杂系统一样，HPC也面临着影响其采用率和效率的若干限制。一个重大挑战是构建和维护HPC系统的高成本。高级处理器、高速网络和强大的存储解决方案所需的投资可能是巨大的对于规模较小的组织来说可能是望而却步的。此外，运营费用，包括能源消耗，冷却和日常维护，也会影响总成本。集成和管理HPC基础架构的复杂性也是一个障碍。有效使用HPC资源需要专业知识和专长，通常需要对技术人员或培训计划进行大量投资。此外，开发和优化HPC系统的软件可能是复杂的，因为它涉及利用并行处理和管理分布式计算环境。 能耗是另一个关键问题，HPC系统需要大量的电力，导致高运营成本和环境问题。HPC运营的可持续性受到越来越多的关注，努力提高能源效率和采用可再生能源复杂性和成本。可扩展性带来了额外的挑战；虽然基于云的HPC解决方案提供了灵活性，但本地系统可能难以随着计算需求的增长而有效扩展。有效地分配和管理资源以避免瓶颈并确保最佳性能需要复杂的工具和仔细的计划。 安全问题也起着重要作用，因为HPC系统通常处理敏感和专有数据，使其成为网络攻击的目标。运营负担和复杂性。利益相关方必须仔细考虑这些限制，以最大限度地提高HPC部署的价值和效率，平衡巨大的收益和面临的挑战。 近期交易活动和市场前景 HPC市场的投资活动显着，反映了其在各个行业中的作用不断扩大。最近，为工程应用程序开发基于云的软件以扩展HPC系统的Simr获得了2000万美元的系列由UncorrelatedVentures牵头的资金，由EarlybirdVenture和BMWiVentures提供。这笔资金将促进Simr的运营扩展和其平台的进一步开发，旨在提高工程师和科学家复杂数学模型和模拟的效率。 同样，Crusoe运营移动模块化数据中心，利用废弃的天然气用于HPC系统，在2023年10月进行了2亿美元的夹层融资之后，于3月1日筹集了1,400万美元的债务融资。这些资金将用于收购NVIDIAGPU，从而增强Crusoe提供具有成本效益和环境友好的计算解决方案的能力。 HPC市场预计将大幅增长，这得益于数据量的增加、AI和ML的进步以及对复杂模拟的需求。基于云的HPC解决方案正在降低进入壁垒，使初创企业和小型企业能够访问强大的计算资源。然而,诸如高成本、复杂性和能量消耗的挑战仍然是显著的。应对这些挑战对于HPC技术的可持续增长至关重要。总体而言，HPC市场为投资者和创新者提供了大量机会，并在各个领域取得了持续的进步和更广泛的采用。 要更深入地了解数据并探索其他见解，请访问PitchBook平台或请求免费试用。 推荐阅读 •“高性能计算的历史和概述”，戈登学院，并行和高性能计算，2020年春季。•“高性能计算”，NVIDIA，n.d.，2024年6月4日访问。•“高性能计算安全行动计划”，国家标准与技术研究所，2016年11月。