null HPCE3-FredGent

Fred Gent (vasemmalla) ja tohtori Sam James Newcastlen yliopistosta tutustuvat Sibelius-monumenttiin. Kuva: Rachel Bradley (Newcastle).

HPC-Europa-tutkimusvierailut johtivat tiiviiseen pitkäaikaiseen yhteistyöhön

Tommi Kutilainen

Frederick Gent osallistui HPC-Europa Transnational Access ‑ohjelmaan ja vieraili Suomessa kolme kertaa vuosina 2010–2011. Myöhemmin hän päätti muuttaa asumaan Suomeen. Hän työskentelee nykyisin tutkijatohtorina Aalto-yliopiston ReSoLVE-yksikössä (Research on SOlar Long-term Variability and Effects). ReSoLVE on Suomen Akatemian huippuyksikkö.

– Väitöskirjani ohjaaja Newcastlen yliopistossa oli tehnyt aiemmin tutkimusyhteistyötä väitöskirjani alalla työskentelevän suomalaisen isäntäni kanssa. Tarvitsin työssäni suurteholaskentaresursseja. Isäntänäni toimineella tohtori Maarit Käpylällä oli kokemusta tieteellisistä ohjelmistosta ja niiden käyttämisestä CSC:n ympäristössä, joten ohjaajani suositteli minulle hakemista HPCE2-ohjelmaan, jotta voisin matkustaa Suomeen, Frederick Gent kertoo.

Frederick Gent vieraili Suomessa kahden vuoden aikana kolme kertaa. Kukin vierailu kesti kolme viikkoa. Hänelle maksettiin vierailujen matka-, majoitus- ja elinkustannukset.

– Jokainen vierailu oli tarpeeksi pitkä, jotta pystyin tekemään tiivistä yhteistyötä isäntäni Maarit Käpylän kanssa ja ratkaisemaan koodin kehittämiseen ja implementointiin liittyvät kriittiset haasteet. Sain mahdollisuuden uusiin vierailuihin, minkä ansiosta pystyin jatkamaan mallien itsenäistä implementointia, soveltamista ja kehittämistä ja sen jälkeen intensiivistä yhteistyötä Suomessa uusien ratkaisujen ja ‑painopisteiden määrittelemiseksi.

Supernovan aiheuttama turbulenssi

Fredin tutkimusalana on supernovan galaksien tähtienvälisessä aineessa aiheuttaman turbulenssin numeerinen mallinnus. Hän on kiinnostunut magnetismin roolista galaksien elinkaaressa ja rakenteessa, tähtien muodostumisessa, kosmisissa tuulissa ja suihkulähteissä.

– Jotta pystyimme ymmärtämään fyysisesti realistisia magneettikenttiä, meidän oli ratkaistava numeerisesti magnetohydrodynamiikan yhtälöitä, joita sovellettiin useiden supernovaräjähdysten kuumentamaan ja sekoittamaan kierteisgalaksin differentiaalisesti kiertävään kerrostuneeseen alueeseen.

Niiden simulaatioissa kolmeulotteista mallia varten tarvittavat fyysiset asteikot ovat etäisyyttä osoittavia kiloparsekeja. Parsek on matkan mittayksikkö, jota käytetään mittaamaan pitkiä etäisyyksiä aurinkokunnan ulkopuolella oleviin astronomisiin kohteisiin. Aika-asteikot ovat gigavuosia suurempia ja tiheydeltään vaihtelevia. Lämpötilat ovat valtavia ja nopeudet yli 1 000 km/s. Resoluutio on muutaman parsekin verran jokaiseen suuntaan ja aika-askeleet 1–100 vuotta. Näin suuret simulaatiot käyttivät miljoonia laskentatunteja.

– Onnistuneessa hankkeessa luotiin ensimmäinen fyysisesti realistinen galaktisen dynamon simulaatio, johon sisällytettiin suuren ja pienen mittakaavan magneettinen generointi käyttämällä Linnunradan läheisyyteen soveltuvia muuttujia ja jonka avulla saatiin tietoa termisesti eriytetyn magneettikentän rakenteesta ja käyttäytymisestä.

 

Tähtienvälisen aineen lämpötilaa kuvaava visualisointi. Supernovan jäännökset näkyvät vaaleina leimahduksina, joissa räjähdykset kuumentavat tähtienvälisen aineen yli 10 miljoonaan kelvinasteeseen. Pylvään kukin sivu näyttää 2D-viipaleen laatikon keskeltä. Galaksin keskileikkaus sijaitsee keskellä ja alue ulottuu yhden kiloparsekin (kpc) kummallekin puolelle keskileikkausta. (1 kpc = 3.08567758 × 1016 kilometriä). Lisää visualisointeja löydät osoitteesta http://fagent.wikidot.com/astro 

Tiedeyhteisön tuki

– En ollut vieraillut aiemmin Suomessa, joten HPC-Europa-vierailujen ansiosta pääsin tutustumaan erilaiseen akateemisen ympäristöön ja kiehtovaan uuteen kulttuuriin. Ne olivat lopulta ratkaisevia tekijöitä, jotka motivoivat ja rohkaisivat minua muuttamaan Suomeen jatkamaan uraani sen jälkeen, kun olin saanut väitöskirjani valmiiksi, Frederick Gent sanoo.

– CSC antoi paljon tukea. Grand Challenge ‑hakemuksen hyväksymisen ansiosta pysyimme integroimaan mallimme riittävän pitkäksi aikaa galaktisen dynamon löytämistä varten. Yksittäisen simulaation ajoaika oli tavallisesti muutama kuukausi. Teknisiä tarpeita varten ja ongelmanratkaisussa saamani tuki oli myös erinomaista, minkä lisäksi sain jonkin verran tukea Paraview-ohjelmistolla toteutetussa 3D-visualisoinnissa.

– Ennen kaikkea mahdollisuus hyödyntää korkealaatuisia laskentaresursseja ja asiantuntemusta oli ratkaisevan tärkeä asia väitöskirjani onnistumiselle ja sen uraa uurtavalle numeeriselle osalle. Simulaatio ei olisi muutoin ollut yhtä vaikuttava ja sen laajuus olisi ollut pienempi. Tällainen yhteistyö on seminaarien, konferenssien tai luentovierailujen kaltaisia muita vierailuja tehokkaampi tapa vakiinnuttaa pitkäaikaisia ja kestäviä työsuhteita isäntien ja vierailijoiden välille.

 

HPC Europa3

HPC-Europa3 on Euroopan komission ohjelma, josta rahoitetaan 3–13 viikon tutkimusvierailuja kahdeksaan Euroopan maahan (Saksa, Kreikka, Espanja, Suomi, Irlanti, Alankomaat, Yhdistynyt kuningaskunta, Ruotsi – ks. kartasta ohjelmaan osallistuvat HPC-keskukset). Ohjelman avulla edistetään suurteholaskennan (HPC) käyttöä ja kansainvälistä tutkimusyhteistyötä kaikilla tieteenaloilla. HPCE3-ohjelmasta maksetaan vierailijoiden matka- ja majoituskulut sekä pientä päivärahaa, minkä lisäksi ohjelmaan osallistuvat pääsevät käyttämään vierailun kohteena olevan maan HPC-keskusta.

HPCE3-vierailijat voivat kuulua korkeakouluun, tutkimuslaitokseen tai pk-yritykseen missä tahansa EU:n jäsenvaltiossa tai ohjelmaan liittyneessä maassa. Vastaavasti ohjelmaan valittavat isännät, jotka ovat tavallisesti tutkimusryhmiä, voivat edustaa joko tiedemaailmaa tai yrityksiä edellyttäen, että tutkimustulokset voidaan julkaista. Jos ryhmäsi haluaa vastaanottaa vierailijoita, voit ilmoittautua isännäksi verkkoportaalissa.

Hakemukset arvioidaan HPCE3-ohjelmaan soveltuvuuden ja tieteellisen osaamisen mukaisesti kansainvälisen paneelin toimesta. Vierailu tuo lisäarvoa verrattuna siihen, että resursseja käytettäisiin etänä, vierailun tavoitteena on uusi yhteistyö tai jo tehtävän yhteistyön vahvistaminen, tutkimuksessa tarvitaan suurteholaskentaa tai resursseja, jotka eivät ole saatavilla paikallisesti, koodin kehittäminen jne. Jos et ole varma siitä, täyttääkö tutkimushankkeesi vaaditut kriteerit, ota meihin yhteyttä osoitteessa hpc-europa@csc.fi !

Hae tutkimusvierailua

Haku kolmanteen HPCE3 Transnational Access -ohjelmaan on nyt käynnissä. Hakuaika päättyy 28. helmikuuta 2018. Hae pian – hallinnolliset yleiskustannukset ovat pienet ja hyväksymisaste on korkea.