Siirry pääsisältöön
Suomen-edustusto
Uutisartikkeli7. helmikuuta 2022Suomen-edustusto

Maailman tehokkaimpiin kuuluva LUMI-supertietokone auttaa kiperien tutkimushaasteiden ratkaisemisessa

LUMI-supertietokone
Copyright Fade Creative

Euroopan unionin jäsenmaiden ja komission EuroHPC JU -yhteisyrityksen tavoitteena on tehdä Euroopasta johtava maanosa suurteho- ja kvanttilaskennassa. Tavoitteen saavuttamiseksi EuroHPC:n päämääränä on luoda Eurooppaan yhteiseurooppalainen suurteholaskennan tutkimusinfrastruktuuri, joka kasvattaa HPC-osaamista ja tukee teknologioiden kehittämistä Euroopassa. EuroHPC hankkii yhteensä kahdeksan uutta supertietokonetta, joihin lukeutuvista kolmesta huippunopeasta pre-eksatason koneesta ensimmäisenä otetaan tänä vuonna käyttöön LUMI-supertietokone Kajaanissa.

LUMIn odotetaan käyttöönottohetkellään olevan yksi maailman tehokkaimmista ja ympäristöystävällisimmistä supertietokoneista. LUMIn käyttöönotto tapahtuu vaiheittain: sitä mukaa, kun laitteistoja otetaan käyttöön, myös käyttöympäristö laajenee.

LUMIn laitteiston ensimmäinen osa, CPU-osio, saatiin tuotantoon alkuvuodesta, ja LUMIlla on jo ajettu ensimmäisen pilotointi­vaiheen projekteja. Loppuvuonna 2021 toteutetun pilotoinnin tavoitteena oli testata koneen CPU-osiota ja tallennus­järjestelmää raskaiden työkuormien avulla sekä kerätä palautetta pilottikäyttäjiltä. Pilottikäyttäjät valittiin LUMI-­konsortiomaista, ja projektit edustivat useita tieteenaloja. Projektien valintaperusteina olivat tieteellinen potentiaali ja tekninen haastavuus eli se, pystyvätkö ne kuormittamaan järjestelmää äärirajoille.

”Käyttäjäkokemukset olivat myönteisiä. Yksi suomalaisista pilottikäyttäjistä oli laskennallisen avaruusfysiikan professori Minna Palmrothin johtama ryhmä, joka tutkii avaruussäätä ja yrittää tietokonemallinnusten avulla simuloida Carringtonin tason aurinkomyrskyä sekä mallintaa sen vaikutuksia esimerkiksi sähköverkoille ja satelliiteille”, kertoo LUMI-supertietokonekeskuksen johtaja Pekka Manninen.

LUMIn laitteiston toisen osan, GPU-osion, laitteistoja päästään näillä näkymin asentamaan tänä keväänä, minkä jälkeen pilottikäyttäjät pääsevät testaamaan GPU-osion suorituskykyä kevään aikana alkavalla toisella pilottikäyttöjaksolla.

”Suomalaiset GPU-osion pilottikäyttäjät esimerkiksi tekevät koneoppimista hyödyntäen erittäin edistyneen suomen kielen kielimallin. Toinen suomalainen pilotti on astrofysiikan alalta. Pilottihankkeet ovat tärkeitä, sillä niistä saadaan ihan oikeita tuloksia: konetta kuormitetaan äärirajoilleen ja samanaikaisesti tehdään tutkimusta. Jos kaikki sujuu suunnitelmien mukaan, LUMIn täysimittainen käyttö alkaa ensi kesänä”, Manninen jatkaa.

LUMI on näillä näkymin kolmesta suurimmasta EuroHPC-keskuksesta ainoa, joka aloittaa täysimittaisen toimintansa tänä vuonna.

”LUMIn pääsyn maailman suorituskykyisimpien supertietokoneiden top500-listalle pitäisi näillä näkymin onnistua toukokuun lopussa, ja viralliset vihkiäiset ovat suunnitteilla kesäkuussa. LUMIn tilanne EuroHPC:ssä on hyvä, sillä LUMIn rakentaminen on edennyt hyvin koronapandemian ja komponenttipulan aiheuttamista pienistä aikatauluviiveistä huolimatta”, kertoo CSC:n (Tieteen tietotekniikan keskus Oy) toimitusjohtaja Kimmo Koski.

Kukin LUMI-konsortion jäsen saa LUMIn laskenta-aikaa käyttöönsä maksuosuuttaan vastaavan määrän. Suomalaiset tutkijat ja yhteiskunta saavat käyttöönsä noin 24 prosenttia LUMIn tuottamasta laskentakapasiteetista. Yritysten käyttöön on puolestaan varattu viidennes LUMIn laskenta-ajasta, ja sen myötä yrityksille avautuu myös uudenlaisia yhteistyömahdollisuuksia yliopistojen ja tutkimuskeskusten kanssa.

LUMIa käytetään tutkimusvälineenä jokaisella tieteenalalla

Supertietokoneiden laskentatehoa tarvitaan tutkimukseen monilla eri data- ja laskentaintensiivisillä tieteenaloilla, joita ovat esimerkiksi lääketiede ja terveydenhuolto, energia, ilmastotutkimus, kyberturvallisuus ja tekoäly.

”Voidaankin sanoa, että jokaisella tieteenalalla on sellaisia data-analyysin ja mallinnuksen ongelmia, joiden ratkaisemiseen tarvitaan supertietokonetta”, toteaa Manninen.

Ilmastonmuutoksen ja erityisesti sen vaikutusten ymmärtäminen sekä sään ääri-ilmiöiden ennakointi on tärkeä tutkimusalue. EU:n digitaalinen Eurooppa -ohjelman rahoittaman Destination Earth -hankkeen (DestinE) tavoitteena on osana Euroopan vihreän kehityksen ohjelmaa ja Euroopan digitaalistrategiaa kehittää maapallosta erittäin tarkka digitaalinen malli, jonka avulla voidaan mallintaa, seurata ja simuloida luonnonilmiöitä ja niihin liittyvää ihmisen toimintaa. Digitaalisen mallin avulla voitaisiin esimerkiksi ennakoida ja suunnitella toimenpiteitä myrskyjen, tulvien ja muiden äärimmäisten säätapahtumien ja luonnonkatastrofien sattuessa.

”Supertietokoneella ilmastomalli pystytään kytkemään toisiin malleihin, jotka puolestaan auttavat ymmärtämään, miten ilmaston muuttuminen vaikuttaa elinympäristöihin. Sillä voidaan tutkia, miten kaupungit muuttuvat, hidastuuko vai nopeutuuko metsien kasvu tai miten esimerkiksi jäätiköt käyttäytyvät ilmastonmuutoksen edetessä. Destination Earth on tieteellisen laskennan tärkeimpiä hankkeita seuraavan vuosikymmenen aikana, sillä hankkeessa tehdään käytännössä digitaalinen kaksonen koko maapallosta ja kaikista siihen kytkeytyvistä osista kuten ilmastosta, meristä, maasta ja rakennetusta ympäristöstä”, Manninen kuvaa.

Supertietokoneella voidaan hyödyntää tekoälyä tutkimuksessa. Tekoälyllä datasta voidaan löytää paljon asioita, joita ei muilla keinoilla osata selvittää. Aineistojen koneoppimispohjainen analysointi ja uudelleen analysointi tulee tuottamaan paljon uutta tieteellistä tietoa hyvin monella eri tieteenalalla. Videolla väitöskirjatutkija Kimmo Kartasalo Tampereen yliopistosta kertoo, miten tekoälytutkimus hyötyy LUMIn laskentatehosta.

”Lisäksi supertietokonetta voidaan käyttää työkaluna hyvin kompleksisten ilmiöiden kuten esimerkiksi turbulenssin eli virtaavan materian, kuten fuusioreaktorissa olevan plasman, ymmärtämisessä. Tällä vuosikymmenellä käynnistyvät ensimmäiset fuusiovoimalat, joiden osalta on kuitenkin vielä aika paljon tutkittava sitä, miten plasma vuorovaikuttaa fuusioreaktorin seinän kanssa ja miten plasmaa voidaan hallita magneettikentissä. Kyseessä on laskennallisesti todella raskas ilmiö, johon nykysupertietokoneiden kapasiteetti ei vielä riitä. LUMI on askel siihen suuntaan, että pystytään suunnittelemaan toimivia fuusioreaktoreita”, Manninen kertoo.

Koski puolestaan mainitsee, että supertietokonetta hyödynnetään lääketieteessä moniin eri sovelluksiin, kuten simulaatioihin, biolääketieteeseen ja genomiikkaan. Supertietokonekeskukset ympäri maailmaa ovat osallistuneet myös esimerkiksi koronatutkimukseen. Suomalaisen, lääketieteellisten kuvien analysointiin ohjelmistoa kehittävän Disior Oy:n toimitusjohtaja Anna-Maria Henell kertoo videolla LUMIn yritykselle tarjoamista uusista mahdollisuuksista.

Manninen näkee nousevana tutkimusalueena digitaaliset ihmistieteet ja yhteiskuntatieteet. Kun esimerkiksi kokonaisia sosiaalisen median aineistoja analysoidaan samanaikaisesti, pystytään niistä löytämään erilaisia säännönmukaisuuksia ihmisten sosiaalisen median käyttäytymisestä sekä yhteiskunnasta ja ihmisluonteesta. Laskennallisen yhteiskuntatieteen ylilopistonlehtori Matti Nelimarkka Helsingin yliopistosta kertoo artikkelissa ja videolla LUMIn yhteiskuntatieteille tuomista uusista mahdollisuuksista.

”LUMI on huippututkimuksen väline, tutkimusinstrumentti, joka ei yksin tee tiedettä vaan tarvitsee tutkijan rinnalleen. Kun huippuinstrumentti annetaan huippututkijan käyttöön, syntyy huipputiedettä. Supertietokone on siis äärimmäisen tehokas työväline, mutta on paljon tärkeämpää ymmärtää saatuja tutkimustuloksia, kuin sitä, kuinka nopeasti ne voidaan laskea. Siksi myös tutkijoiden osaamisen kehittäminen on nivottava osaksi tutkimusekosysteemiä”, summaavat Manninen ja Koski.

”Näkisin, että LUMI on paras koskaan rakennettu tieteellisen laskennan ympäristö. Ei enempää, eikä vähempää. LUMI auttaa tutkijoita ratkaisemaan yhä laajempia ja monimutkaisempia tutkimusongelmia, ja sen mahdollistamat tieteelliset tutkimustulokset sekä niiden sovellukset ja innovaatiot vaikuttavat lopulta meidän kaikkien elämään”, Manninen kiteyttää.

LUMIlle on jo jatkosuunnitelmia

Supertietokoneen elinkaari on 5–6 vuotta. LUMI-supertietokoneen käyttöönoton valmistelujen ohella CSC keskusteleekin tulevaisuudensuunnitelmista sekä kansallisen suurteholaskennan ympäristön että EuroHPC:nkin puitteissa.

”EuroHPC:n ajatuksena on, ettei infrastruktuuria tehtäisi pelkästään viideksi vuodeksi. Me lähdemme vahvasti siitä, että LUMI-hankkeelle tavoitellaan jatkoa. Vanha UPM:n paperitehdas on loistava kohde, sillä siellä eivät sähkö tai tila lopu kesken. UPM:n paperikoneiden vaatima tehokapasiteetti oli aikanaan yli 200 megawattia, kun LUMI nykyisellään vaatii alle 10 megawattia tehoa. Monessa keskieurooppalaisessa keskuksessa alkaa 15 megawattia huitelemaan jo kapasiteetin ylärajoilla. Meillä on Kajaanissa mahdollisuus skaalautuvuuteen, ja voimme tehdä kaikenlaista muutakin jo LUMIn aikana, ei pelkästään sen jälkeen”, Koski kertoo.

Manninen toteaakin, että LUMI todennäköisesti kehittyy vielä elinkaarensa aikana, kun tutkitaan esimerkiksi tulevien teknologioiden mahdollistamista LUMIn kautta erityisesti kvanttilaskentaa tai kvanttitietokonetta ajatellen.

”Kajaanissa on nytkin menossa hanke, jossa mietitään, voisiko LUMIn kylkeen rakentaa ekosysteemiä ja voisiko hankkeeseen tulla muita toimijoita. Tulevaisuudessa tavoitteena olisi tietysti saada Kajaaniin seuraavan sukupolven supertietokone. Paljon riippuu siitä, miten LUMI menestyy”, Koski jatkaa.

Koski muistuttaa, että LUMI on historiallinen hanke. Suomeen on ensimmäistä kertaa saatu näin merkittävä digitaalinen infrastruktuuri, jonka saamme ensimmäisenä EuroHPC-keskuksena valmiiksi. Ainutlaatuista on myös se, että suurteholaskennassa ensimmäistä kertaa 10 maata investoi laitteistokokonaisuuteen, joka sijaitsee fyysisesti yhden maan alueella.

”LUMIn sijoittaminen Suomeen on osoitus heidän meitä kohtaan esittämästään luottamuksesta. Me haluamme näyttää, että sijoitus oli hyvä päätös – ja jos LUMI menestyy, niin silloin meillä on myös paremmat mahdollisuudet saada jatkoa hankkeelle. On tärkeää, että myös Suomessa ymmärretään hankkeen merkitys täällä tehtävälle tutkimukselle ja oltaisiin valmiita panostamaan siihen”, Koski summaa.

Avoin Elements of Supercomputers -verkkokurssi tarjoaa lisätietoa suurteholaskennasta

CSC:ssä huomattiin, että supertietokoneisiin liittyvän yleisterminologian hallinta voisi olla hyödyllistä laajemmallekin yleisölle ja laskentaresurssien teollisuuskäytölle, jotta ymmärrettäisiin, millaisia mahdollisuuksia supertietokoneen laskenta- ja data-analyysiteho voisivat tarjota perinteisille aloille. CSC:n ja Kajaanin ammattikorkeakoulun (KAMK) yhteishankkeena syntyi kaikille avoin Elements of Supercomputers -verkkokurssi.

Elements of Supercomputing -verkkokurssi on helppotajuinen esitys supertietokoneista, niiden merkityksestä ja käytöstä. Kurssi on suunniteltu antamaan perustietoja aiheesta, mutta myös houkuttelemaan toisen asteen opiskelijoita alan opintoihin ja esittelemään yritysten tutkimus-, kehittämis- ja innovaatiotoiminnan parissa työskenteleville suurteholaskennan tuomia hyötyjä. Kurssi on aluksi tarjolla englanniksi, mutta se tullaan toteuttamaan myöhemmin myös suomeksi ja ruotsiksi.

LUMI-supertietokoneen esittelyvideoita:

LUMI-supertietokone pähkinänkuoressa

LUMI-datakeskus
 

LUMI-supertietokonetta voi seurata verkossa:

www.lumi-supercomputer.eu

Twitter: @LUMIhpc

LinkedIn: LUMI supercomputer

YouTube: LUMI supercomputer

#lumisupercomputer #lumieurohpc

Tiedot

Julkaisupäivä
7. helmikuuta 2022
Laatija
Suomen-edustusto