Thursday, 1 October 2020
Facebook
Twitter

Yksi maailman tehokkaimmista supertietokoneista aloittaa pian toimintansa Suomessa

LUMI-supertietokoneen valtavaa laskentatehoa voidaan hyödyntää esimerkiksi entistä tarkempien ilmastomallien luomisessa tai perinnöllisten sairauksien tutkimuksessa, kirjoittaa akateemikko, Aalto-yliopiston fysiikan emeritusprofessori Risto Nieminen.

upertietokone, jonka teoreettinen laskentateho vastaa yli puolta miljoonaa MacBook Pro -laitetta. Sellainen valmistuu pian Suomeen, ja se avautuu tutkijoiden käyttöön vuoden 2021 alkupuolella. Se tulee olemaan yksi maailman tehokkaimmista, yli kymmenen kertaa niin tehokas kuin tämän hetken Euroopan tehokkain julkisessa käytössä oleva laite. Sen nimi on LUMI.

Millainen tämä LUMI-supertietokone oikein on, ja mihin sitä voidaan käyttää? Mitä merkitystä sillä voi olla tutkimukselle, entä Suomelle?

LUMI RAKENNETAAN Kajaaniin, jossa jo nyt ovat Suomen tutkimuksen supertietokoneet Mahti ja Puhti puunjalostusteollisuudelta vapautuneissa tiloissa.

Tätä on laskennallinen tiede

Laskennallinen tiede tutkii kompleksisia ilmiöitä tietokoneiden avulla. Ilmiöitä mallinnetaan matematiikan kielellä, joka mahdollistaa numeeristen ennusteiden ja analyysien tekemisen monimutkaisista kokonaisuuksista.

Informaatioteknologian kehitys viime vuosikymmeninä on merkinnyt laskentatehon eksponentiaalista kasvua. Sama kehitys on tapahtunut myös datan tallennuskapasiteetissa ja tiedonsiirron nopeudessa, niin tietokoneen osien välillä kuin maailmanlaajuisissa tietoverkoissa.

Laskennallisen tutkimuksen välineet (software) numeerisista menetelmistä, oppivista algoritmeista ja monipuolisista sovellusohjelmistoista tulosten reaaliaikaiseen visualisointiin ovat kehittyneet rinnan laskentateknologian (hardware) kanssa. Laskentanopeus, massiiviset datavarastot ja nopea tiedonsiirto ovat suurteholaskentaa hyödyntävän tutkimuksen kivijalkoja.

Esimerkkejä laskennallisen tutkimuksen kohteista ovat sää- ja ilmastomallit, biomolekyylit, nanoteknologian materiaalit, fuusioenergia sekä avaruus- ja astrofysiikan ilmiöt. Kasvavat tietomassat ja data-aineistot ovat tuoneet myös ihmis- ja sosiaalitieteet laskennallisen tutkimuksen piiriin. Kenties vaativin kohde on aivojen toiminnan simulointi, joka edellyttää triljoonien synapsien samanaikaista käsittelyä biologisesti kompleksisessa ympäristössä pitkien ajanjaksojen yli.

Ajankohtainen esimerkki on koronaviruksia kantavien aerosolipartikkelien yskimisestä johtuvan kulkeutumisen mallintaminen.

Siellä tulee sijaitsemaan yksi Euroopan kolmesta datakeskuksesta, jotka rakennetaan Euroopan komission ja yhdeksän maan tuella ja varustetaan seuraavan sukupolven laskenta- ja tallennusteknologialla tutkimustyön käyttöön. Investointi Kajaanin LUMI-laitteistoon on noin 200 miljoonaa euroa.

Kajaanin keskusta isännöi Tieteen tietotekniikan keskus CSC, joka on vuonna 1971 perustettu ja nykymuodossaan valtion ja korkeakoulujen yhdessä omistama, voittoa tavoittelematon erityistehtäväyhtiö.

LUMI-SUPERTIETOKONEEN valtava teoreettinen laskentateho – yli 200 petaflopsia eli 2×1017 liukulukulaskutoimitusta sekunnissa – saavutetaan pääosin suurella määrällä kiihdytinprosessoreita  (yleiskäyttöiset grafiikkaprosessorit eli GPU:t). Lisäksi koneessa on tavanomaisista CPU-prosessoreista rakentuva osio, interaktiivinen data-analytiikkaosio sekä pilvilaskentakapasiteettia.

Koneessa tulee olemaan yli 60 petatavua nopeaa levytilaa. Flash-teknologiaan pohjautuva pienempi, noin 5 petatavun suuruinen kiihdytetty levyosio tuottaa luku- ja kirjoitusnopeudeksi yli teratavun sekunnissa. Tämä levyosio on tiiviissä yhteydessä suurempaan rinnakkaiseen levyjärjestelmään. Laitteistossa on lisäksi noin 30 petatavun objektitallennusratkaisu.

LUMI ON MYÖS MAAILMAN edistyksellisin yksittäinen laitteisto tekoälyn ja koneoppimisen tutkimukseen ja sovellusten kehittämiseen.

LUMI:n suunnittelufilosofiana oli luoda alusta, joka kytkee yhteen laskentakapasiteetin, tekoälyn menetelmät, erityisesti syväoppimisen, perinteiset laajan skaalan simulaatiot sekä suurten datamassojen hyödyntämisen – yhtä aikaa, yhden haasteen ratkaisemiseksi.

Tämä alusta mahdollistaa sellaisten tutkimuskysymysten muodostamisen, joihin ei ole pystytty aiemmin vastaamaan.

TUTKIJAYHTEISÖ PÄÄTTÄÄ tietysti itse, millaisiin laskentatehtäviin konetta tullaan lopulta hyödyntämään. Sitä kuitenkin voidaan käyttää esimerkiksi seuraavanlaisten ongelmien ratkomisessa:

1. Entistä tarkemmat ilmastomallit ja monien eri mallien yhteenkytkentä: kuinka elinolosuhteet muuttuvat, kun ilmasto lämpenee?

2. Uusien koko genomin sekvensoivien mittalaitteiden datan analysointi ja yhdistäminen kliiniseen dataan, mikä voi tuoda lisävaloa sairauksien ja perinnöllisten sairauksien syihin ja yksilölliseen hoitoon.

3. Tekoälyn (syväoppimisen) soveltaminen suurien data-aineistojen, simuloitujen ja mitattujen, analyysiin ja uudelleenanalysointiin esimerkiksi ilmakehä- ja ympäristötieteissä, ilmastomallinnuksessa, materiaalitieteissä ja kielitieteissä.

4. Itseohjautuvien autojen ja laivojen algoritmien tutkimus ja opetus ennennäkemättömällä laskentateholla.

5. Yhteiskuntatieteellinen laajan skaalan data-analyysi sosiaalisista verkostoista ja ilmiöiden ennustaminen.

Supertietokoneet ja laskennallinen tutkimus yhdessä tieteellisten tietokantojen kanssa ovat myös merkittävässä osassa COVID-19-pandemian lääkeainekehityksessä.

Yhä tehokkaampi laskentakapasiteetti mahdollistaa sen, että koskaan aiemmin rokotetutkimus ei ole edennyt vastaavalla vauhdilla kuin tämänhetkisen koronapandemian yhteydessä.

EUROOPPALAISEN SUPERTIETOKONEEN ja datakeskuksen sijoittuminen Suomeen on tunnustus suomalaiselle osaamiselle, vahvalle tutkimusperinteelle ja luotettavalle palvelukonseptille sekä pitkäjänteiselle yhteistyölle eurooppalaisen suurteholaskennan parissa.

Suomi nimittäin on laskennallisen tieteen ja tutkimuksen pieni suurvalta, jossa useilla tieteen ja tekniikan alueilla tehdään kansainvälisen eturivin tutkimusta, myös kaikkein suurinta laskentatehoa vaativissa kysymyksissä. Suurteholaskennan perinne ja kulttuuri ovat vahvat.

Menestyksen taustalla on myös aikaisin omaksuttu kansallisen yhteistyön idea, joka on mahdollistanut resurssien keskittämisen kautta huipputason tutkimusinfrastruktuurin rakentamisen ja ylläpitämisen, käyttäjälähtöisyyden ja tasokkaat tukipalvelut.

LUMI JA KAJAANIN DATAKESKUS avaavat monia mahdollisuuksia kehitys- ja innovaatiotoiminnalle sekä laskennallisen tieteen ja tutkimuksen kukoistuksen jatkumiselle Suomessa. Tämä on Suomelle mahdollisuus vakiinnuttaa eurooppalainen johtoasemansa tieteellisessä laskennassa ja sen sovelluksissa.

Tehokas tieteellisen laskennan infrastruktuuri on keskeinen toiminnan edellytys suomalaisille ja eurooppalaisille yliopistoille, tutkimuslaitoksille ja teollisuudelle. Maailmanluokan supertietokone ja datakeskus ovat magneetti parhaille tutkijoille ja alusta innovaatioille.

Syntyvä maailman johtaviin kuuluva datanhallinnan ja tieteellisen laskennan ekosysteemi vahvistaa Suomen ja Euroopan kilpailukykyä ja tutkimusryhmien yhteistyömahdollisuuksia myös yli tieteenalarajojen. Suurteholaskenta ja sen nopeasti kehittyvät menetelmät eivät palvele vain yliopistoja, korkeakouluja ja tutkimuslaitoksia, vaan ne löytävät tiensä moniin sovelluksiin yhteiskunnan eri toiminnoissa.

INVESTOINNIN ODOTETAAN myös synnyttävän muita kansallisia ja kansainvälisiä panostuksia teknologiateollisuuteen, erityisesti ICT- ja datakeskusalalle.

LUMI-supertietokoneen laskenta-ajasta viidennes on varattu yritysten käyttöön.  Tämän kapasiteetin hyödyntäminen on merkittävä mahdollisuus suomalaiselle elinkeinoelämälle ja koko yhteiskunnalle.

ON TÄRKEÄTÄ HYÖDYNTÄÄ tätä investointia mahdollisimman hyvin yhteiskunnan eri alueilla. Erityisesti näinä aikoina, kun korona kurittaa taloutta, tulee edistää sellaisia kestävän kasvun mahdollistavia pitkän aikavälin toimenpiteitä, joilla tuetaan huippututkimuksen ja elinkeinoelämän yhteistyötä, yritysten tutkimuskyvykkyyden edistämistä ja esimerkiksi tekoälyä soveltavia innovaatioita.

LUMI aloittaa toimintansa ensi vuoden alkupuolella ja tutkijoiden onkin syytä alkaa laventaa tutkimuskysymyksiään jo nyt, jotta koneen tuomista mahdollisuuksista saadaan maksimaalinen hyöty irti.

Lähde: tekniikkamaailma.fi