Tutustu supertietokoneiden maailmaan
Suuret tieteelliset, teknologiset ja teolliset läpimurrot vaativat yhä monipuolisempia ja tehokkaampia työkaluja. Yksi nykyajan tärkeimmistä työkaluista on supertietokone. Tutustuttaakseen nuoret jo opintojen alkuvaiheessa supertietokoneisiin ja suurteholaskentaan CSC – Tieteen tietotekniikan keskus ja Kajaanin ammattikorkeakoulu laativat yhdessä kaikille avoimen Johdatus supertietokoneisiin -verkkokurssin.
Suomen suuret supertietokonehankinnat ovat olleet näyttävästi esillä julkisuudessa. Suomen oma kansallinen laitteisto – supertietokoneet Mahti ja Puhti – uusittiin muutama vuosi sitten ja yksi maailman nopeimmista supertietokoneista, EU:n ja CSC:n vetämän konsortion jäsenmaiden rahoittama LUMI, otetaan käyttöön ensi kesänä.
Termi supertietokone keksittiin 1980-luvun puolivälissä ja Suomen ensimmäinen supertietokone, Cray X-MP, otettiin käyttöön vuonna 1989. Suomessa laskennallinen tiede on korkeatasoista ja sillä on jo pitkät perinteet.
Supertietokoneena voidaan pitää konetta, joka on suorituskyvyltään maailman nopeimpien tietokoneiden joukossa. Käytännössä kriteerinä pidetään pääsyä maailman tehokkaimpien supertietokoneiden Top500-listalle.
Supertietokoneen teho muodostuu prosessorien suuresta määrästä ja tehosta, koneen sisäisestä nopeasta kytkentäverkosta ja nopeasta levytilasta. Supertietokoneissa laskentatehtävät rinnakkaistetaan eli jaetaan osiin jopa kymmenille tuhansille laskentaytimille yhtäaikaa ratkaistavaksi, ja kytkentäverkko huolehtii nopeasta tiedonsiirrosta prosessoreiden välillä. Esimerkiksi tuleva LUMI-supertietokone pystyy teoriassa laskemaan yli 550 miljoonaa miljardia laskutoimitusta sekunnissa ja laskentateho vastaa yli 1,5 miljoonan yleiskäyttöisen läppärin laskentatehoa: pinottuna näistä muodostuisi yli 23 kilometriä korkea torni!
Supertietokoneen valtavan laskentatehon avulla voimme tutkia erittäin tarkasti esimerkiksi biomolekyylien toimintaa. Suomessa vasta supertietokone Mahdin teho mahdollisti mikrosekunnin mittaisen atomistisen molekyylidynamiikkasimulaation 1,3 miljoonan atomin systeemille. Tällä simulaatiolla selvitettiin ihmisen soluhengityksessä keskeisen entsyymin toimintaa.
Toisaalta voimme simuloida myös erittäin suuria systeemejä. Supertietokoneet laskevat maailmanlaajuisia ilmastoskenaarioita ja arvioita mannerjäätiköiden sulamisesta, joita käytetään mm. Kansainvälisen ilmastopaneelin IPCC:n raporteissa. Supertietokoneiden avulla voimme suunnitella uusia lääkeaineita, analysoida massiivisia data-aineistoja, tutkia fuusioreaktorin toimintaa, hyödyntää tekoälyn tuomia mahdollisuuksia ja niin edelleen. Mahdollisuudet ovat rajattomat.
Supertietokoneet ovat muuttuneet harvojen herkusta yhä useamman tutkijan päivittäiseksi työkaluksi. Alkuaikoina tyypillinen käyttäjä oli koodaustaitoinen fyysikko tai kemisti. Nykyisin käyttö laajenee koko ajan uusille aloille. Bioinformatiikka nousi suureksi käyttäjäryhmäksi 90-luvulla ja 2000-luvun nousija suurteholaskennan parissa on digihumanismi. Vaikka yhteiskuntatieteilijät ja humanistit ovat käyttäneet jo kauan tilastotiedettä, rekisteridataa ja sähköisiä kieliaineistoja, vasta nykyinen digitalisaatio avaa heille aivan uusia mahdollisuuksia tehdä tutkimusta. Data-aineistojen määrän kasvun, aineistojen saatavuuden parantumisen ja datatieteen menetelmien kehittymisen myötä myös yhteiskuntatieteilijät ja humanistit ovat ryhtyneet tieteen laskennallisten menetelmien käyttäjiksi.
Johdatus supertietokoneisiin
Alkusysäyksenä kurssin luomiselle oli LUMI-superkonehanke; halusimme kertoa helppotajuisesti muillekin kuin koneen varsinaiselle käyttäjäryhmälle, mistä superlaskennassa on kysymys. LUMI on erittäin merkittävä kansainvälinen tutkimusinfrastruktuuri, joka avaa laskennallisen tieteen tutkijoille aivan uusia mahdollisuuksia.
Supertietokoneiden, mallintamisen ja tietokonesimulaatioiden merkitys kasvaa kaikilla tutkimuksen ja tuotekehityksen aloilla. Kurssin avulla haluamme lisätä lukiolaisten ja korkeakouluopiskelijoiden kiinnostusta laskennalliseen tieteeseen, suurteholaskentaan ja ohjelmointiin jo varhaisessa vaiheessa.
Kurssin sisältö CSC:n suurteholaskennan asiantuntijoiden laatima ja Kajaanin ammattikorkeakoulu vastasi graafisesta ilmeestä ja materiaalin siirtämisestä Edukamu-oppimisalustalle. KAMKin kokemusta hyödynnettiin myös kurssin laajuutta ja vaativuutta suunniteltaessa.
Kurssin aikana opit mitä supertietokoneet ovat, minkälaisia komponentteja ja osakokonaisuuksia ne pitävät sisällään ja miten niitä käytetään, kuinka tehokkaita ne ovat ja millaisia mahdollisuuksia ne tarjoavat. Pääset tutustumaan muun muassa rinnakkaislaskentaan ja -ohjelmointiin, joihin supertietokoneiden huima teho perustuu. Kurssi pitää sisällään myös käytännön esimerkkejä ja käyttötapauksia.
Kurssi on nyt avoimesti saatavilla suomeksi ja englanniksi. Sitä voi selata tai sen voi suorittaa vapaasti ilman sitoumuksia tai opinto-oikeutta korkeakouluun (rekisteröidy ”vieras”). Kurssin tehtävät suorittaneille ja ”opiskelija-rooliin” rekisteröityneille käyttäjille Kajaanin AMK myöntää yhden opintopisteen. Lisätietoa opintopisteen hyödyntämismahdollisuuksista löydät kurssi sivustolla. Kurssin suorittamiseen on testiryhmillä mennyt n. 15–30 tuntia.
Tutustu avoimeen Johdatus supertietokoneisiin -verkkokurssiin
suomeksi https://edukamu.fi/elements-of-supercomputing-fi
englanniksi https://edukamu.fi/elements-of-supercomputing
CSC – Tieteen tietotekniikan keskus on suomalainen, valtion ja korkeakoulujen omistama tietotekniikan osaamiskeskus, jonka supertietokoneisiin ja datakeskukseen voit tutustua sivulla https://www.csc.fi/moderni-datakeskusymparisto
Tilaa Dimension uutiskirje – saat sähköpostiisi aina kuunvaihteessa koosteen tuoreimmista artikkeleista
