null HPC-Europa3 mahdollistaa yhteistyön paikan päällä

Armin Iravani (vas) keskustelemassa Atte Sillanpään kanssa, joka vastaa CSC:llä HPCE3-hankkeesta. Kuva: Sami Ilvonen, CSC

HPC-Europa3 mahdollistaa yhteistyön paikan päällä

Tommi Kutilainen

Talvella 2018 kaksi jatko-opiskelijaa, Armin Iravani Itävallasta ja Juris Vencels Latviasta, saivat HPCE3-apurahansa ja suuntasivat kohti Suomea ja CSC:tä. He eivät tulleet CSC:lle niinkään laskentaresurssien vuoksi vaan syventääkseen yhteistyötään CSC:läisen yhteistyökumppaninsa kanssa. HPC-Europa3 on Euroopan komission ohjelma, joka rahoittaa 3–13 viikon tutkijavierailuja yhdeksään eurooppalaiseen HPC-keskukseen.

Armin Iravani saapui Leobenin Montan-yliopistosta työskennelläkseen murtumismekaniikkaa käsittelevän väitöstyönsä parissa. Hän vietti CSC:llä 13 viikon maksimiajan uurastaen vierailua isännöivän Jan Åströmin kanssa.

– Tulin viime vuonna tänne tapaamaan Jan Åströmia. Silloin huomasimme, että Janin työ on hyvin lähellä sitä, mitä teemme Itävallassa, Iravani kertoo.

– Tämä vierailu oli erittäin hyödyllinen, ja havaitsimme pian, että voisin hakea HPCE3-stipendiä ja työskennellä Suomessa pitempään.

Iravanin väitöstyö käsittelee kiviaineksen pirstoutumista ja se liittyy läheisesti kaivosteollisuuteen. Hän selvittää, miten räjäytyksen aiheuttama hienoaines muodostuu. Syntyykö hienoaines murskautumalla vai repeämällä, vai löytyisikö taustalta jokin muu syy? Osin raskasmetallien saastuttama kivipöly on suuri ongelma, sekä ympäristölle että kaivosteollisuudelle.

– Tämä hienoaines aiheuttaa suuria kustannuksia kaivosteollisuudelle, ja tietysti myös ympäristövastuu on huomioitava. Esimerkiksi EU:ssa louhoksissa räjäytetään vuosittain 2,5 miljardia tonnia kalliota, josta 10–15 % on hukkaan menevää hienoainesta. Mallinnan tätä kallion pirstoutumista käyttäen Janin kirjoittamaa diskreettiin elementtimenetelmään perustuvaa koodia, Iravani selittää.

– Työskentely täällä on ollut erittäin mielenkiintoista, erityisesti Janin kanssa. Kaikki on mennyt jouheasti ja tehokkaasti. En etukäteen odottanut, että väitöstyöni edistyisi näin paljon.

Elmerin ja OpenFOAMin kytkeminen

Juris Vencels Latvian yliopistosta kytkee Elmer- ja OpenFOAM-ohjelmistoja MPI:n (message passing interface) avulla saadakseen kummankin ohjelmiston parhaat puolet. Hän vietti CSC:llä kuukauden isäntänsä Peter Råbackin, yhden Elmerin varhaisen kehittäjän ja nykyisen tuoteomistajan kanssa.

Vierailunsa aikana Juris Vencels osallistui Advanced parallel programming -kurssille, joka on osa PRACE-koulutuskeskustoimintaa (PRACE Training Center). Kuva: Atte Sillanpää, CSC

Vencelsin tausta on magnetohydrodynamiikka. Hän tutkii nestemäisiä metalleja ja niiden osuutta sähkömagneettisen kentän kontrolloinnissa. Vencels on kohdannut useita ongelmia magnetohydrodynamikan mallinnuksessa.

– Se on puhtaasti monifysikaalista. Siinä on sähkömagnetiikkaa ja hydrodynamiikkaa eikä ole olemassa ohjelmistoa, joka olisi varta vasten suunniteltu mallintamaan magnetohydrodynamiikkaa, Vencels selittää.

Vencelsin latvialaiset kollegat olivat yrittäneet kytkeä useita ohjelmistoja eri tavoin, jotta he voisivat mallintaa tätä ilmiötä.

– Ajatus avoimen lähdekoodin ohjelmistojen kytkemisestä nousi esille, koska avoimen koodin ohjelmistoilla on suuria etuja. Niillä ei ole lisenssimaksuja, voimme ajaa ohjelmia suuremmilla koneilla ja ne skaalautuvat paremmin kuin kaupalliset ohjelmistot. Harkittuamme eri vaihtoehtoja päätimme kytkeä Elmerin ja OpenFOAMin MPI:n avulla, Vencels kertoo.

– Aloitin noin vuosi sitten Elmerin ja OpenFOAMin kytkemisen, ja kirjoitin suunnitelmastani Elmer Forumille. Peter vastasi ja aloitimme yhteistyön. Hän auttoi minua koodien kytkemisessä Elmerin osalta, kertoi HPCE3-ohjelmasta ja kehotti vierailemaan CSC:llä.
Elmer on avoimen koodin monifysikaalinen mallinnusohjelmisto, jota kehitetään pääosin CSC:llä.

– Elmerille tämä MPI:hin perustuva kytkentä OpenFOAMIn kanssa avaa monia uusia mahdollisuuksia. Tätä Jurisin magnetohydrodynamiikan tutkimiseen kehittämää tapaa voi käyttää myös esimerkiksi konvektiivisen lämmönsiirron tutkimiseen sähkölaitteissa. Myös laajennus neste–rakenne-vuorovaikutusten tutkimiseen on mahdollinen, Peter Råback arvioi.
Vencels painottaa henkilökohtaisten suhteiden merkitystä ja yhteistyötä.

– HPCE3:n kohdalla suosittelisin, että ensin olisi hyvä luoda kontakti vierailun isäntään. Hakijalla pitäisi olla selkeä idea mielessään, ja yhdessä mahdollisen vierailun isännän kanssa laaditaan yksityiskohtainen tutkimussuunnitelma. Sitten täytetään hakemus ja odotellaan myöntävää päätöstä. En tullut tänne niinkään käyttämään laskentaresursseja vaan työskennelläkseni Peterin kanssa ja saadakseni häneltä apua, Vencels kertoo.

– Oman vaikutelmani perusteella on hienoa, että valtio rahoittaa yhtä keskusta, joka auttaa tiedeyhteisöä suurteholaskennassa. Latviassa ei ole vastaavaa suurta infrastruktuuria. Yliopistojen laboratorioilla on omat klusterinsa ja resurssien jakaminen on harvinaista.

HPC-EUROPA3

HPC-Europa3 on nelivuotinen ohjelma, joka tarjoaa eurooppalaisille tutkijoille mahdollisuuden tutkimusvierailuihin ja suurteholaskennan infrastruktuurien hyödyntämiseen yhdeksässä Euroopan maassa

Hakemuksen voi tehdä ohjelman verkkosivujen kautta milloin vain, ja ne käsitellään kolmen kuukauden välein.