Back

Yhteistyö raivaa tietä huippututkimukselle

Yhteistyö raivaa tietä huippututkimukselle

Anni Jakobsson

Eurooppalainen suurteholaskennan yhteistyö on kriittinen menestystekijä Suomelle. Se lisää kilpailukykyä ja tuottavuutta.

Tietokoneiden tehokkuutta kuvataan usein oheisen pyramidimallin mukaisesti. Pyramidin pohjalla ovat tutkijoiden henkilökohtaiset pöytäkoneet. Askelta ylempänä ovat paikallisten yliopistojen, tutkimuslaitosten ja -laboratorioiden astetta tehokkaammat tietokoneet.

Varsinaisista supertietokoneista puhutaan vasta, kun noustaan pyramidin toiseksi ylimmälle asteelle, niin kutsuttuun Tier-1-luokkaan. Tämän teholuokan tietokoneet ovat usein mukana myös supertietokoneiden top500-listalla, jota myös pidetään määritelmänä siitä, mitä tietokoneita voidaan ylipäänsä kutsua supertietokoneiksi.

Tier-1-luokkaan lukeutuvat alueelliset ja kansalliset supertietokoneet, kuten suomalainen CSC:n Puhti.

Jäävuoren huippuna on Tier-0-taso, johon lukeutuvat Euroopan ja maailman tehokkaimmat supertietokoneet. Tällä hetkellä Tier-0-tason koneet ovat petaflop-luokan supertietokoneita. Yksi petaflop tarkoittaa prosessorien laskentatehoa, joka vastaa 1015 (tuhatta biljoonaa) liukulukulaskutoimitusta sekunnissa.

Kesäkuussa 2019 maailman nopein tietokone oli USA:n energiaministeriön Oak Ridge National Laboratoryn Summit-supertietokone, jonka tehokkuus on 148,6 petaflopsia.

Kone kykenee teoreettisesti laskemaan yhdessä sekunnissa saman määrän laskuja, joiden laskemiseen ihmisillä kuluisi yli seitsemän kuukautta, jos jokainen maapallon 7,6 miljardista ihmisestä tekisi yhden laskutoimituksen sekunnissa.

Euroopan tehokkain ja maailman kuudenneksi tehokkain supertietokone on Sveitsin Piz Daint, jonka tehokkuus on 21 petaflopsia.
 

Eurooppalainen yhteistyö alkoi jo vuosituhannen alussa

Yliopistot, tutkimuslaitokset ja kansalliset laskentakeskukset tarjoavat laskentaresursseja, jotka riittävät useimpien kotimaisten tutkimusprojektien tarpeisiin. Kun puhutaan eri alojen huippututkimuksesta, on tilanne tyystin eri. Mikäli halutaan pysyä maailmanlaajuisen tutkimuksen kärjessä, tarvitaan maailman nopeimpia tietokoneita.

Koska Tier-0-tasoa tarvitsevat vain laskennallisten tieteiden huippututkijat, ei jokaisen maan kannata erikseen resursoida superkoneiden hankintaan. Euroopassa onkin puhallettu yhteen hiileen Euroopan unionin tukemana jo reilun viidentoista vuoden ajan.

DEISA-hanke (Distributed European Infrastructure for Supercomputing Applications) alkoi vuonna 2002 EU:n kuudennen puiteohjelman tukemana. DEISA oli johtavien eurooppalaisten supertietokonekeskusten konsortio, jonka avulla rakennettiin teraluokan eli 1012 liukulukulaskutoimitukseen sekunnissa pystyvä eurooppalainen supertietokoneinfrastruktuuri.

CSC oli mukana yhteistyössä alusta alkaen ja DEISAn kautta suomalaisten tutkijoiden oli mahdollista hakea laskentaresursseja Euroopan kärkikastiin kuuluneilta supertietokoneilta.

– DEISA olikin aikamoinen läpimurto aikoinaan. Sitä ennen ei tehty vastaavanlaista yhteistyötä suurteholaskennan alalla. DEISA oli alkuun IBM-koneiden yhteistyötä; juuri sillä hetkellä IBM:llä ei ollut varteenotettavia kilpailijoita, muistelee vanhempi sovellusasiantuntija Juha Fagerholm CSC:ltä.

DEISAn seuraaja PRACE, the Partnership for Advanced Computing in Europe, aloitti toimintansa vuonna 2008. Tällä hetkellä suomalaisten tutkijoiden on mahdollista hakea korkeimman suoritustason suurteholaskennan ja datanhallinnan resursseja PRACElta. PRACE on eurooppalainen suurteholaskennan tutkimusinfrastruktuuri, johon kuuluu 26 jäsenmaata.
 

Suomalaiset menestyvät kansainvälisissä hauissa

Suomalaiset ovat osallistuneet aktiivisesti PRACE-hakuihin ja menestyneet hauissa erittäin hyvin. Suomalaistutkijat ovat saaneet huhtikuuhun 2019 mennessä yhteensä lähes 817 miljoonaa laskentatuntia Euroopan johtavilta supertietokoneilta.

Tämän arvo rahassa mitattuna on yhteensä lähes 15 miljoonaa euroa. Esimerkiksi elokuussa 2018 suomalaistutkijan saama myöntö Euroopan tehokkaimmalta supertietokoneelta vastaa rahalliselta arvoltaan yli miljoonaa euroa, joten mistään pikkurahoista ei ole kyse.

Nämä laskentaresurssit ovat olleet hyvin kriittisiä tekijöitä monelle suomalaiselle huippututkimusryhmälle. PRACE‐resurssien avulla suomalaiset ovat pystyneet suorittamaan huippututkimusta eri aloilla, jotka vaativat enemmän kapasiteettia kuin mitä Suomella on tällä hetkellä tutkijoille tarjota.

Samalla täytyy kuitenkin muistaa, että Tier-0-taso vain jäävuoren huippu laskennallisessa tieteessä ja ettei PRACE voisi edes menestyä ilman vahvaa kansallisen tason kapasiteettia, osaamista ja asiantuntijatukea.

Yhteiseurooppalaiset investoinnit eivät ole yksin riittäviä, vaan jokaisen jäsenvaltion tulee myös itse huolehtia tutkimusinfrastruktuurin kehittämisestä ja ajantasaisuudesta. Vuosille 2017–2021 asetetun kansallisen datanhallinnan ja laskennan kehitysohjelman kaltaiset panostukset infrastruktuuriin ovat välttämättömiä, jotta eurooppalaisesta yhteistyöstä saadaan Suomessa kaikki hyöty irti.
 

Yhteistyö kasvattaa suomalaista osaamista

CSC koordinoi PRACEn Euroopan laajuista koulutustarjontaa ja toimii yhtenä PRACE-koulutuskeskuksena. Koulutus painottuu suurteholaskennan resurssien tehokasta hyödyntämistä tukevaan opetukseen.

Koulutuskeskuksen ansiosta suomalaisilla tutkijoilla on mahdollisuus osallistua huipputason suurteholaskennan eli HPC (high-performance computing) -koulutukseen omassa kotimaassaan.

Eurooppalaista HPC-yhteistyötä tehdään myös muiden projektien puitteissa EU-rahoituksen tukemana. Esimerkiksi HPC-Europa-projektissa suurteholaskentaa tutkimuksessaan käyttävien opiskelijoiden on mahdollista hakea vaihtoon eurooppalaisiin supertietokonekeskuksiin. Lisäksi on erilaisia tieteenalakohtaisia ja temaattisia yhteistyöprojekteja, joissa hyödynnetään tai kehitetään suurteholaskentaa.

Eurooppalainen suurteholaskennan yhteistyö on kriittinen menestystekijä Suomelle. Se lisää kilpailukykyä, tuottavuutta sekä suomalaisen tieteen ja tutkimuksen laatua. Osallistuminen EU-projekteihin lisää myös eri alojen eurooppalaista tutkimusyhteistyötä, ja projektien avulla EU-rahaa kotiutetaan Suomeen.
 

Eurooppalaiset jätit astuvat areenalle

Suurteholaskennan seuraava iso askel ovat eksa‐tason supertietokoneet. Yksi eksaflop tarkoittaa prosessorien laskentatehoa, joka vastaa 1018 (triljoonaa) liukulukulaskutoimitusta sekunnissa. Tätä varten Euroopassa on perustettu EuroHPC Joint Undertaking -yhteisyritys, jonka toimintaa tukee Euroopan unioni.

EuroHPC:n ensimmäisenä päämääränä on hankkia Eurooppaan vähintään kaksi esi‐eksa‐tason supertietokonetta vuoteen 2020 mennessä. Jatkossa päämääränä on kehittää eurooppalaista suurteholaskennan osaamista ja teknologiaa siten, että vuosien 2022–2023 aikana Eurooppaan hankittaisiin maailman nopeimpiin kuuluva eksa‐tason supertietokone, joka perustuu eurooppalaiseen teknologiaan.

EuroHPC-julistukseen on tällä hetkellä sitoutunut 29 Euroopan maata. Suomi allekirjoitti julistuksen kesäkuussa 2018, jolloin Suomesta tuli EuroHPC‐osakas.
 

Suomi voitti kilpailun

EuroHPC Joint Undertaking päätti kesäkuussa 2019 sijoittaa esi-eksa-tason supertietokoneet Suomeen, Italiaan ja Espanjaan.

EuroHPC-hakuprosessia varten muodostettiin LUMI-konsortio (Large Unified Modern Infrastructure), johon kuuluvat Suomen lisäksi Belgia, Norja, Puola, Ruotsi, Sveitsi, Tanska, Tšekki ja Viro. Konsortio pystyy tarjoamaan ekotehokkaan, laadukkaan, kustannustehokkaan ja yhteistyöhön pohjautuvan ekosysteemin. Konsortion jäsenet tarjoavat myös korkeatasoista osaamista laskennasta datahallintaan.

Investoinnin myötä CSC:n datakeskuksesta tulee yksi maailman suurimpia toimijoita suurteholaskennan saralla.

Suomeen syntyy yksi maailman johtavista datanhallinnan ja laskennan ekosysteemeistä, joka lisää merkittävästi kotimaisen tutkimuksen kilpailukykyä suomalaisten tutkijoiden päästessä käyttämään entistä enemmän maailmanluokan laskentaresursseja. Laskentatehoa tarvitaan huippututkimuksen tekoon monilla eri tieteenaloilla, esimerkiksi lääketieteessä, ilmastotieteissä ja tekoälyssä.

Suuret tietojenkäsittelyresurssit luovat perustan myös tutkimukselle sellaisilla aloilla, jotka ovat aiemmin olleet ulottumattomissa. Tämä lisää tieteellisten läpimurtojen mahdollisuuksia monimutkaisten ilmiöiden kuten ilmastonmuutoksen ymmärtämiseksi. Datanhallinnan ja laskennan huipputehokas infrastruktuuri avaa myös uudenlaisia mahdollisuuksia datapohjaisten liiketoimintamuotojen kuten alustatalouden ja tekoälyn kehittämiselle. Investoinnin myötä Suomen houkuttelevuus tutkimusinfrastruktuurien ja datakeskusinvestointien kohteena kasvaa.

EuroHPC-kone lisää myös Koillisväylän kautta mahdollisesti rakennettavan tietoliikennekaapelin merkitystä.

Maailman kärkikastiin kuuluvilla supertietokoneresursseilla pystytään jatkossakin turvaamaan suomalaisen ja eurooppalaisen huippututkimuksen taso ja lisäämään huippututkimusta Suomessa ja Eurooppassa.

KUVA: THINKSTOCK



comments powered by Disqus