Mikä on supertietokone?

Suuret tieteelliset, teknologiset ja teolliset läpimurrot vaativat yhä monipuolisempia ja tehokkaampia työkaluja, joista yksi tärkeimmistä on supertietokone.

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.

Supertietokoneiden avulla voimme laskea maailmanlaajuisia ilmastoskenaarioita, suunnitella uusia lääkeaineita, analysoida massiivisia data-aineistoja, tutkia fuusioreaktorin toimintaa, hyödyntää tekoälyn tuomia mahdollisuuksia ja niin edelleen. Supertietokoneiden käyttö laajenee koko ajan uusille aloille ja uusin supertietokoneita hyödyntävä tieteenala on digihumanismi.

Suomalainen LUMI on yksi maailman tehokkaimmista supertietokoneista

Suomalainen LUMI on Euroopan nopein supertietokone. Lisäksi se sijoittui kolmanneksi maailman nopeimpien supertietokoneiden Top500-listalla, joka julkaistiin 30.5.2022 Hampurissa pidettävässä ISC22-konferenssissa.

LUMI aloitti toimintansa CSC:n datakeskuksessa Kajaanissa vuonna 2021 ja vihittiin käyttöön 13.6.2022.

LUMI-supertietokone

  • LUMIn laskentateho on yli 550 petaflopsia eli liukulukulaskutoimitusta sekunnissa.
  • Yksi peta on kymmenen potenssiin viisitoista eli tuhat biljoonaa.
  • LUMIn laskentateho vastaa yli 1,5 miljoonan yleiskäyttöisen läppärin laskentatehoa: pinottuna näistä muodostuisi yli 23 kilometrin korkuinen torni!
  • LUMI-supertietokone vie tilaa noin kahden tenniskentän verran (lähes 300 m2) ja laitteisto painaa lähes 150 000 kiloa.

Mihin supertietokoneita käytetään?

  • Sään ennustamiseen.
  • Ilmaston tutkimukseen.
  • Uusien materiaalien etsimiseen.
  • Uusien lääkeaineiden tutkimukseen.
  • Aivojen ja solujen toiminnan tutkimukseen.
  • Puheen ja kuvien tunnistukseen.
  • Maailmankaikkeuden tutkimukseen.

Ketkä supertietokoneita käyttävät?

  • Fyysikot.
  • Kemistit.
  • Biologit.
  • Kielitieteilijät.
  • Matemaatikot.
  • Insinöörit.
  • Superkoodaajat.

Mihin supertietokoneita käytetään?

  • Vaativimman, eli laskennallisesti kompleksisen tieteen ja teknologian tutkimukseen.
  • Lääkkeiden vaikutuksen simulointiin soluissa ja ihmisessä.
  • Salakirjoituksen murtamiseen.
  • Yhä tarkemman tai pidemmän aikavälin sään ennustamiseen.
  • Vaativimpaan tekniseen suunnitteluun, kuten häivelentokoneiden ominaisuuksien optimointiin.
  • Esim. koronaviruksen leviämisen simulointiin.

Supertietokoneet ovat myös yleisesti yhä tärkeämmän asian, kompleksisuuden hallinnan välineitä

Kompleksisuus = Koostuu monesta, toisiinsa vaikuttavasta osasta ja nämä osien vaikutukset ovat vaikeasti selitettäviä.

Simulointi = Todellisuuden jäljittely. Tietokonesimuloinnissa tietokoneen sisään rakennetaan keinotekoinen todellisuus, joka yrittää jäljitellä oikeaa todellisuutta niin hyvin kuin mahdollista. Simulointi on usein halvempaa kuin todellisuus (lentosimulaattorikoulutus), turvallisempaa kuin oikeat tilanteet (ydinvoimalasimulaattori, sotaleikki, sotapeli) ja usein ainoa keino saada tietoa (ilmakehäsimulaattori kasvihuoneilmiöön).

Supertietokone = SUPERLASKUKONE

  • Tutkittavasta ongelmasta tehdään matemaattinen malli.
  • Supertietokoneilla voidaan ratkaista malli hyödyntäen rinnakkaislaskentaa.
  • Tehtävä: lasketaan yhteen luvut 1–8. Lopputulos saadaan yhdistämällä osatehtävien tulokset.

Älypuhelimessasi on yli miljoona kertaa enemmän muistia kuin vuoden 1969 kuulennolla käytetyssä tietokoneessa

  • Ihminen kävi kuussa ensimmäistä kertaa vuonna 1969, lento oli Apollo 11.
  • Uusien älypuhelinten keskusmuisti on usein neljä gigatavua, mikä vastaa 34 359 738 368 bittiä.
  • Apollo 11 -lennolla käytetyn tietokoneen keskusmuisti oli puolestaan 32 768 bittiä.

SUPERTIETOKONE-SUOMI-sanakirja:

Core = Laskentaydin. Paikka jossa laskutoimitus tapahtuu

CPU = Suoritin tai prosessori (engl. Central Processing Unit eli CPU) on tietokoneen osa, joka suorittaa tietokoneohjelman sisältämiä konekielisiä käskyjä. Se on tietokoneen keskeisimpiä osia.

CSC = CSC – Tieteen tietotekniikan keskus Oy on suomalainen, valtion ja korkeakoulujen omistama tietotekniikan osaamiskeskus. CSC hallinnoi Kajaanissa kansallisia supertietokoneita Puhtia ja Mahtia sekä kymmenen Euroopan maan ja Euroopan unionin EuroHPC-yhteisyrityksen hanketta LUMI-supertietokonetta.

Flop/s = Supertietokoneiden laskentatehon yksikkö, eli montako laskutoimitusta sekunnissa kone suorittaa. Esim. Suomen kansallisen supertietokoneen Mahtin laskentateho on 7,5 petaflopsia eli 7,5 miljoonaa miljardia laskutoimitusta sekunnissa ja Euro HPC:n LUMIn peräti 550 petaflopsia.

GPU = erikoistunut mikroprosessori (engl. Graphics processing unit), jonka tehtävänä on kiihdyttää ja suorittaa 2D- tai 3D-grafiikan renderointia, joka muuten jäisi keskussuorittimen laskettavaksi.

Hajautettu laskenta = Laskentatöiden jakamista useiden tietokoneiden tai laskentaklustereiden välillä.

HPC = Suurteholaskenta, superlaskenta eli supertietokoneilla tehtävää laskentaa (engl. High performance computing)

HPC-asiakkaat = Suomessa tutkijat käyttävät supertietokoneita, mutta EU:n rahoittaman LUMIn myötä myös yritykset saavat laskentakapasiteettia käyttöönsä. Supertietokoneita tarvitaan esimerkiksi ilmaston, avaruusfysiikan, nanoteknologian, materiaalitieteen, biotieteen, fuusioenergian ja uusiutuvien energiamuotojen tutkimuksessa. Yrityksissä HPC-laskentaa voidaan käyttää tuotekehitykseen ja innovaatioihin, esim. koneoppimista, data-analytiikkaa ja tekoälyn mahdollisuuksia hyödyntäen.

Kytkentäverkko = Laskentasolmut yhdistävä tietoverkko. Englanniksi ”interconnect”.

Linux = Linux on maailman käytetyin palvelinkäyttöjärjestelmä ja sitä käyttävät kaikki TOP500-listalla mukana olevat maailman tehokkaimmat supertietokoneet. Nimi ”Linux” tulee Linux-ytimestä, jonka alun perin kehitti suomalainen Linus Torvalds vuonna 1991.

MPI = Ohjelmointimenetelmä, jolla coret, prossorit ja noodit vaihtavat keskenään tietoa

Noodi = Laskentasolmu, sisältää normaalisti useita prosessoreita

Historiaknoppi #1

CSC:n Funet (Suomen korkeakoulu- ja tutkimusverkko) yhdisti Suomen kansainväliseen internet-verkkoon 1.12.1988.

Historiaknoppi #2

Pohjoismaiden tehokkain tietokone 30 vuotta sitten näytti tältä.