Computación de alto rendimiento frente a computación en nube. HPC basada en la nube

La definición de informática de alto rendimiento (HPC)

La HPC, o computación de alto rendimiento, es la práctica de consolidar clusters de hardware extremadamente potente para realizar una variedad de cálculos de alta demanda que están fuera de las capacidades de un ordenador normal.

Un superordenador es uno de los ejemplos más básicos de hardware HPC, capaz de realizar aproximadamente cuatrillones de operaciones en un segundo (un ordenador de sobremesa medio puede realizar varios miles de millones de cálculos en el mismo lapso de tiempo).

Un superordenador está formado por muchos nodos de cálculo que trabajan simultáneamente (cálculo paralelo), creando algo denominado clúster HPC.

Cómo funciona la HPC

La HPC como método ha estado detrás de muchas innovaciones y tecnologías diferentes desde hace tiempo. Los sistemas HPC operan para la mejora del mundo entero, incluyendo avances industriales, sociales y científicos. Multitud de sectores diferentes -como la sanidad, el petróleo y el gas, la farmacología, la meteorología, el ejército y la defensa y la industria aeroespacial- dependen ahora a menudo de trabajar con cantidades masivas de datos y cálculos increíblemente complejos, incluyendo la inteligencia artificial, las imágenes en 3D, el Internet de las cosas y mucho más.

Una solución HPC normal utiliza una lógica bastante compleja porque muchos elementos deben trabajar simultáneamente. Estos elementos se unen en un clúster y se conectan a un almacenamiento de datos para registrar el resultado de los cálculos.

Es necesario un delicado equilibrio para que todo este sistema funcione, incluido el almacenamiento de datos. Éste es capaz de alimentar con los datos existentes a los elementos informáticos y recibir íntegramente los resultados de los cálculos. La misma lógica se aplica también a la parte de red del sistema. Si ni siquiera un elemento puede seguir el ritmo, todo el sistema no podrá rendir plenamente. La HPC puede ofrecer muchas ventajas a las empresas y negocios modernos, pero su puesta en marcha requiere mucho esfuerzo.

Principales casos de uso de la HPC

La HPC se ha convertido ya en algo relativamente común para la mayoría de las industrias, y muchas empresas de la lista Fortune 1000 han utilizado esta estrategia en múltiples ocasiones. A continuación encontrará algunos de los ejemplos más destacados de casos de uso de HPC:

• Análisis y predicciones espaciales de dónde se encuentran los recursos de gas o petróleo.
• Análisis de interacción de fármacos, secuenciación de ADN y análisis de proteínas.
• Simulaciones complejas en el ámbito de la industria aeroespacial (flujo de aire para diferentes elementos de aviones).
• Análisis de datos de clientes para mejorar y personalizar la experiencia de los clientes y las recomendaciones de productos.
• Modelación financiera, análisis de riesgos complejos, detección de fraudes y otras operaciones de fintech.
• Renderización de efectos especiales para cine, transcodificación de archivos multimedia, creación de animaciones, etc.

Computación en la nube en el contexto de la HPC

Debido a la necesidad de una gran cantidad de hardware caro necesario para crear incluso un único clúster HPC, la mayoría de los sistemas HPC fueron empresas extremadamente caras durante un tiempo y siguen siendo inaccesibles para la mayoría de las empresas de esta forma. Por suerte, existe una alternativa a este tipo de inversiones: la HPC basada en la nube.

La definición de computación en nube

La computación en nube, HPC en la nube o HPC como servicio, es varias veces más asequible que su homóloga tradicional, a la vez que proporciona una escalabilidad y una velocidad más sencillas a los usuarios de menor escala. Un sistema habitual de computación en nube incluye tanto la infraestructura como los clústeres de HPC para ofrecer a los clientes potenciales, combinados con múltiples capacidades similares, ya sea experiencia en HPC, elementos del ecosistema, etc.

¿Por qué la HPC se está pasando a la nube?

Hay tres argumentos principales que explican el repentino auge de la computación en nube en el ámbito de la HPC: disponibilidad, demanda, eficiencia y RDMA.

Disponibilidad se refiere al hecho de que los servicios HPC basados en la nube se han convertido en algo prácticamente habitual en los últimos tiempos, con servicios de almacenamiento en la nube públicos y privados que ofrecen capacidades HPC hasta cierto punto. La disponibilidad y el precio de dicha oferta (que es mucho menor que lo que cuesta una inversión en un clúster HPC personal) hizo que muchas empresas se decantaran por la computación en nube como alternativa a la HPC.

La demanda es otro factor crucial para este aumento de popularidad. Los negocios y las empresas de todo el mundo dependen cada vez más de la información y las operaciones que sólo la HPC puede ofrecer: detección de fraudes, evaluaciones complejas, análisis de riesgos y muchas otras. La HPC no sólo puede resolver algunos de los problemas más infrecuentes (como la secuenciación del ADN), sino que también acelera algunos de los procesos de resolución de problemas existentes (como la detección del fraude). La posibilidad de recibir este tipo de ventajas sin recurrir a inversiones masivas en infraestructura y hardware es lo que atrae tanta popularidad a este tema.

El RDMA networking (acceso remoto directo a memoria) es la capacidad de varios ordenadores de compartir datos entre sí sin afectar a los procesos de los demás ni siquiera pasar por la capa del sistema operativo en primer lugar. Esta tecnología es uno de los muchos avances que han hecho que la HPC sea mucho más eficaz que los métodos tradicionales, con un mayor rendimiento y una latencia reducida para el intercambio de datos. Las instancias RDMA de alto rendimiento, como la Arquitectura de Interfaz Virtual e Infiniband, son más o menos las que hacen posible la computación en nube tal y como la conocemos hoy en día.

Computación de alto rendimiento frente a computación en nube

Utilizando la información anterior, podemos llegar a la conclusión de que la computación de alto rendimiento es una estrategia extremadamente cara que resulta prácticamente necesaria para que muchas empresas modernas funcionen y sigan siendo competitivas. La computación en nube convierte todo el concepto de HPC en algo mucho más manejable y menos costoso, pero también tiene su propia cuota de desafíos con los que trabajar.
Mientras tanto, las infraestructuras HPC tradicionales también tienen su propia cuota de problemas:

• Una inversión inicial extremadamente grande en el hardware y en la infraestructura de apoyo a dicho hardware.
• Un proceso continuo de pago del coste operativo del hardware.
• Una necesidad de actualizar el hardware existente con regularidad para mejorar el rendimiento y mantenerse a la altura de la competencia.
• Potenciales dificultades con la escalabilidad en todos los ámbitos debido a la necesidad de adquirir todo el hardware usted mismo.

En cuanto a la computación en nube, a continuación se analizarán las ventajas y desventajas específicas de la HPC basada en la nube.

Ventajas y problemas de la computación en nube HPC

Las ventajas de la HPC en la nube son relativamente obvias:

• Operaciones de copia de seguridad y recuperación más sencillas, ya que la mayoría de los sistemas HPC funcionan con masas de datos extremadamente grandes. Gestionar sistemas de copia de seguridad para ellos in situ puede resultar extremadamente caro debido a la cantidad de datos que la HPC procesa y emite con regularidad.
• La enorme capacidad de realizar tareas muy complejas y que requieren mucho tiempo, como la detección de fraudes y el cálculo de riesgos, sin necesidad de realizar enormes inversiones iniciales en la infraestructura.
• La capacidad de los servicios en la nube de escalar en ambos sentidos para disponer de la potencia de cálculo justa para tareas específicas, lo que reduce los costes totales de la solución en el futuro.

En cuanto a los problemas potenciales que los usuarios pueden encontrar con esta tecnología, hay varios ejemplos de ellos:

• La computación en nube suele considerarse más barata que una infraestructura HPC completa in situ, pero el coste de ambas cambia en función del periodo de tiempo. Un servicio de computación en nube puede incluso ser más caro que una instalación HPC tradicional a largo plazo, simplemente porque realizar el mantenimiento en su propio hardware suele ser más barato que pagar por un servicio HPC completo en la nube.
• Los datos basados en la nube, como los resultados de los cálculos, son cada vez más difíciles de transferir a medida que aumentan de tamaño. La mayor parte de este problema depende de lo moderna que sea la arquitectura de red de la solución en la nube. Pero también existen límites en cuanto a la rapidez con la que una empresa puede obtener sus datos del almacenamiento en la nube en comparación con el almacenamiento HPC in situ.
• Proteger las soluciones de computación en nube es extremadamente difícil en el contexto de los sistemas de seguridad modernos debido a su naturaleza desconectada. Configurar un sistema de seguridad para un servicio HPC en la nube puede requerir mucho tiempo y políticas que deben configurarse y revisarse periódicamente para garantizar la seguridad de los datos.

Hybrid HPC

La computación en nube en su conjunto no es unánimemente mejor que el enfoque HPC tradicional, y existen múltiples ventajas a favor de ambas opciones por separado. Por suerte, utilizar ambas simultáneamente también es posible, y es algo relativamente habitual.

Los usuarios de Hybrid HPC confían en su propio hardware para algunas partes de los cálculos, mientras que el resto se realizan utilizando la computación en nube. Sin embargo, hay que pensar muy bien qué operaciones pueden delegarse a la computación en nube para garantizar que no se produzcan caídas de rendimiento para la empresa en su conjunto.

El futuro de la informática de alto rendimiento

En cierto modo, la computación en nube puede considerarse ya el futuro de la HPC. Es la capacidad de realizar cálculos extremadamente complejos sin necesidad de invertir muchos recursos en una infraestructura de hardware in situ. Al mismo tiempo, la computación en nube tiene sus propios problemas con los que lidiar, y varias empresas siguen utilizando la HPC in situ por sus propias razones específicas.

También existe la opción de utilizar ambos a la vez, obteniendo los beneficios de los dos mundos. Sin embargo, las soluciones HPC son notoriamente difíciles de configurar, y utilizar tanto métodos on-premise como en la nube como ése está destinado a elevar aún más el número de problemas potenciales.

La HPC como metodología está aquí para quedarse, y cada vez más industrias confían en ella para una gran variedad de tareas. La elección entre sistemas HPC locales, en la nube e híbridos gira principalmente en torno a las necesidades y tareas específicas de una empresa, y es engañoso decir que una forma de HPC es absolutamente mejor que las demás. Cada organización tiene sus necesidades, presupuestos y objetivos únicos y, en consecuencia, debe resolver sus necesidades de HPC a su manera. Sin embargo, el hecho de que existan opciones -con más oportunidades de acceder a la HPC ahora que nunca- es un buen augurio para la industria de la HPC y los beneficios que puede aportarnos.

Las copias de seguridad y la recuperación son importantes en la HPC, normalmente debido a la criticidad de los datos que produce la HPC y a su valor. Evidentemente, se trata de datos que no pueden perderse, comprometerse o corromperse. Sin embargo, al mismo tiempo, los conjuntos de datos producidos por la HPC suelen tener un tamaño colosal, por lo que realizar copias eficaces de estos datos -y de sus aplicaciones- no es trivial. Hay que ajustarse a los presupuestos, disponer de seguridad y, debido al enorme volumen de datos, la sostenibilidad también se convierte en una cuestión primordial.

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