Hrabri novi svet: Revolucija superračunalnikov v našem vsakdanu

Leto 2024 se je zaključilo z enim največjih napredkov v računalništvu – prvim "uporabnim" kvantnim čipom. Podjetje Alphabet je dejalo, da je njihov računalnik z novim kvantnim čipom Willow premagal superračunalnik Frontier pri izvajanju primerjalnega algoritma in v nekaj minutah naredil izračun, za katerega bi Frontier potreboval 10.000.000.000.000.000.000.000.000 let. Googlova naslednja naloga: ugotoviti uporabnost vse te teoretične moči, kar bo trajalo še leta, mogoče desetletja. Do takrat pa države pospešeno razvijajo superračunalnike, ki se eksponentno večajo, postajajo hitrejši in so osnova za razvoj umetne inteligence.  

Njihova uporabnost je postala nujnost v vsakdanjem življenju, saj omogočajo razvoj s hitrostmi, ki so se nam še pred desetimi leti zdele neverjetne. Če mislite, da se takšni računalniki razvijajo samo v najbolj razvitih državah in tehnoloških centrih, se motite, saj številne države v Evropi, tudi s pomočjo denarja EU, razvijajo lastne kapacitete. Slovenska Vega v Mariboru je bila še pred nekaj leti med top 50 najhitrejšimi računalniki na svetu, na Hrvaškem in v Srbiji so prav tako razvili superračunalnike, ki so bili ob izdelavi med top 500 na svetu po računalniški moči.  

Pomen tehnološko napredne infrastrukture je prepoznala tudi Evropska unija, ki je konec leta 2024 predstavila 1,5 milijarde evrov vreden načrt za izgradnjo sedmih superračunalnikov, optimiziranih za AI. In te investicije in razvoj niso brez razloga. Superračunalniki ali visokozmogljivo računalništvo (HPC) izstopajo od drugih tehnologij, ker imajo sposobnost obdelave velikih količin podatkov in izvajanja zapletenih algoritmov pri visoki hitrosti. 

Poleg razvoja umetne inteligence so superračunalniki še zlasti uporabni, ko gre za kompleksne izračune, kot so tisti, ki se uporabljajo za dolgoročne vremenske napovedi, odkrivanje zdravil za nove bolezni in njihove interakcije s telesom ter proučevanje interakcij osnovnih delcev, simulirajo pa tudi potrese, požare, vetrne turbine ali napredne avtomobile. 

V Sloveniji, na Hrvaškem in v Srbiji so kapacitete na voljo raziskovalcem, državnim ustanovam in tudi podjetjem, ki potrebujejo hitrejše in zmogljivejše kapacitete, ki jim jih samim ne bi uspelo financirati. Poglejmo, kaj vse se razvija in kaj nam te zmogljivosti omogočajo že danes.  

STA

 

Slovenski računalnik in Jurij Bartolomej Vega 

V Mariboru deluje najzmogljivejši superračunalnik v Sloveniji. Pravzaprav je HPC Vega daleč najzmogljivejši superračunalnik v Sloveniji, njegova zmogljivost 6,9 petaflopsa (6,9 milijona milijard operacij na sekundo) je namreč bistveno večja od vseh drugih računalniških zmogljivosti v državi. Ob zagonu leta 2021 je bil eden izmed 50 najmočnejših superračunalnikov na svetu.  

Računsko moč Vege izkoriščajo tako uporabniki iz industrije kot iz akademske sfere. Na Fakulteti za računalništvo in informatiko Univerze v Mariboru Vego uporabljajo pri odkrivanju globokih ponaredkov z metodami zaznave anomalij (projekt DeepFake DAD). Podjetje Gorenje, na primer, pa z zmogljivostmi superračunalnika izračunava pretoke zraka v gospodinjskih aparatih. 

Podjetja lahko dostop do zmogljivosti superračunalnika Vega, ki ima svoje mesto v samem središču Maribora v stavbi Instituta informacijskih znanosti (Izum), dobijo na komercialni podlagi za plačilo, lahko pa tudi popolnoma ali deloma subvencionirano, je sporočil Dejan Valh, vodja sektorja za superračunalništvo pri Izumu.  

Med podjetji, ki uporabljajo superračunalnik Vega, so In silico iz Hrvaške (računanje valovanja v obalnih predelih in izkoristki ladijskih turbin), Xlab in Agenda za jezikovne modele in umetno inteligenco ter Algoritmiq iz Finske za preverjanje izračunov kvantnih računalnikov. 

Pri Gorenju so s pomočjo simulacij zračnega toka v pečici in pripadajočem hladilnem sistemu nad njo izboljšali njeno prezračevanje. Potreben čas, da se zrak v pečici zamenja, so skrajšali za polovico, kar omogoča dodatne uporabniške funkcije in poenostavi konstrukcijske rešitve, je v predstavitvi uporabe Vege zapisal Jure Mencinger iz Gorenja. 

V raziskovalnem projektu Zaznavanje globokih ponaredkov z metodami zaznave anomalij (DeepFake DAD) nameravajo znanstveniki razviti tehnologije za "samodejne in zanesljive metode" za odkrivanje globokih ponaredkov, kar bo omogočalo preprečevanje širjenja lažnih posnetkov in kriminalnih dejanj, ki jih omogočajo globoki ponaredki.  

"Obstoječi detektorji danes temeljijo na preprostih karakteristikah slik, ki se izkažejo za učinkovite le pri prepoznavanju nekaj znanih načinov generiranja slik. Vendar pa takšni pristopi pogosto odpovejo pri zaznavanju globokih ponaredkov, ki so generirani z neznanimi ali novimi metodami. Projekt DeepFake DAD se bo zato osredotočil na razvoj novih metod za zaznavo globokih ponaredkov, ki jih je možno naučiti v delno nadzorovanem oziroma nenadzorovanem načinu in brez uporabe učnih primerov javno objavljenih metod za generiranje globokih ponaredkov," piše v opisu projekta, ki ga vodi profesor Peter Peer s Fakultete za računalništvo in informatiko Univerze v Mariboru. 

Glavni rezultat raziskovalnega projekta bodo nove in robustne metode za zaznavanje globokih ponaredkov, ki bodo platformam in končnim uporabnikom omogočale avtomatsko preverjanje pristnosti videoposnetkov ter s tem preprečile neželene osebne, družbene, gospodarske in politične posledice, ki jih lahko povzročijo lažni in ponarejeni posnetki. 

Raziskave na HPC Vega potekajo na za Evropo strateških področjih, to so umetna inteligenca, napredna podatkovna analitika, personalizirana medicina, bioinženiring, boj proti podnebnim spremembam ter razvoj zdravil in novih materialov.  

Vega IT

 

V Mariboru naj bi do leta 2026 po načrtih zgradili novi superračunalnik za 100 milijonov evrov. Projekt bo sofinanciran s 50 milijoni evrov nepovratnih sredstev Evropske unije, preostanek bo prispevala država. Novi superračunalnik bo prilagojen za obdelavo velikih količin podatkov, zlasti satelitskih slik, s pomočjo umetne inteligence. 

Postaviti ga nameravajo ob hidroelektrarni Mariborski otok, kar bo omogočalo neposredno oskrbo z električno energijo in učinkovito hlajenje sistema. Odpadna toplota, ki bo nastajala med delovanjem superračunalnika, naj bi se uporabljala za ogrevanje okoliških stavb v Mariboru.  

V sodelovanju s Francijo do najmočnejšega računalnika v regiji 

Srbija superračunalnike že uporablja v zdravstvu 

Leta 2025 naj bi Srbija pridobila dva nova superračunalnika za Državni podatkovni center (DDC) v Kragujevcu, ki bo na tem področju prevzel vodilno mesto v regiji. Čeprav je uporaba superračunalnikov raznolika, so se uradniki in strokovnjaki doslej osredotočali predvsem na dosežke, ki jih je mogoče z njimi doseči na področju zdravstva.  

Ko je konec leta 2021 v DDC prišel prvi superračunalnik, je šlo za sistem zadnje generacije, državni vrh pa je napovedal, da bodo vse podatke iz zdravstvenih domov v Srbiji poenotili v centru v Kragujevcu. "Vse mamografske slike, vse rentgenske slike sprejmemo tukaj in jih obdelamo milijon v enem dnevu," je dejal predsednik Aleksandar Vučić ob odprtju prve Nacionalne platforme za umetno inteligenco (AI), ki je tudi uradno ime tamkajšnjega superračunalnika, temelječega na komponentah Nvidia. Stal je približno dva milijona evrov, medtem ko so v izgradnjo celotnega DDC – v katerem zdaj svoje podatke hranijo svetovni tehnološki velikani, kot so IBM, Google in Oracle – skupaj vložili 55 milijonov evrov.  

Programska oprema AI za mamografijo, razvita na superračunalniku 

Superračunalnik brezplačno uporabljajo univerze, inštituti in domača startup podjetja v okviru znanstveno-tehnoloških parkov, po besedah direktorja Data Cloud Technology Danila Savića pa se uporablja za širok spekter dejavnosti, vključno z raziskavami, analizami in eksperimenti. "Trenutno imamo s fakultetami, inštituti in univerzami podpisanih 38 pogodb o brezplačni uporabi superračunalnika. Največ se uporablja pri usposabljanju modelov AI, kjer kar 35 domačih startupov uporablja njegove vire za razvoj svojih projektov."

Ta superračunalnik je del širših prizadevanj države za razvoj domačega ekosistema umetne inteligence, v okviru katerega je bil nedavno oblikovan svet za umetno inteligenco, prva strategija za razvoj umetne inteligence je bila sprejeta leta 2019 (nova strategija razvoja te tehnologije naj bi bila sprejeta do leta 2030), leta 2021 pa je bil ustanovljen Raziskovalno-razvojni inštitut za umetno inteligenco. Ta inštitut je bil prav tako prvi uporabnik superračunalnika Kragujevac, doslej pa je sodeloval pri različnih projektih, tudi na področju zdravstva: ukvarja se na primer z računalniškim oblikovanjem terapevtskih peptidov, je del pilotnega projekta o uporabi umetne inteligence za zgodnjo diagnozo Fabryjeve bolezni in razvija platformo za načrtovanje terapevtskih majhnih molekul. Direktor Urada za informatiko in e-upravo Mihailo Jovanović je pohvalil njihovo programsko opremo, ki avtomatsko analizira in razvršča mamografije po stopnji prioritete. "Aplikacija prikazuje sumljivo območje na sliki in pojasnjuje, zakaj je algoritem umetne inteligence ugotovil, da obstaja težava, kar radiologom omogoča, da si najprej ogledajo slike z največjo prednostjo."

Kot pravi Savić, je bila "programska oprema za mamografijo z umetno inteligenco razvita prav na superračunalniku za Inštitut za onkologijo in radiologijo Srbije, med razvojem pa so bile dodane funkcionalnosti, ki so jih zahtevali radiologi". 

Sogovornik Bloomberg Adria poudarja, da vseh pet raziskovalnih skupin tega inštituta za razvoj tehnologije uporablja superračunalnik. Poleg zdravstvene skupine so tu še tiste, ki se ukvarjajo z razvojem jezikovnih tehnologij, računalniškim vidom, izboljšanjem okolja in poslovanjem. 

"Velik uporabnik je tudi Inštitut za molekularno genetiko in genetsko inženirstvo, saj so njihovi podatkovni nizi, ki jih obdeluje superračunalnik, veliki več deset terabajtov," pravi Savić. 

Seveda se superračunalnik široko uporablja tudi zunaj sveta medicine. "Poleg Raziskovalno-razvojnega inštituta za umetno inteligenco imamo več skupin, ki se ukvarjajo z razvojem velikih jezikovnih modelov za srbski jezik. Te skupine so na Rudarsko-geološki fakulteti in v Inovacijskem centru Fakultete za elektrotehniko v Beogradu, Fakulteti za elektroniko v Nišu ..." našteva izvršni direktor Data Cloud Technology. 

Ko gre za startupe, razvijajo tudi modele AI za različna področja. Imamo AI za robotiko, za prepoznavanje različnih entitet in čustev pri ljudeh, za napovedi z uporabo AI v kmetijstvu, imamo pa tudi uporabo AI v programski opremi za analizo podatkov, ki jih pridobiva največji teleskop na svetu (LSST). Objekt je nameščen v Čilu, vanj je ameriški sklad doslej vložil 50 milijonov dolarjev, srbska ekipa znanstvenikov z Astronomskega observatorija in Fakultete za matematiko v Beogradu ter Fakultete za tehnične vede v Čačku pa se ukvarja z razvojem programske opreme. 

Ko gre za širitev in uporabo superračunalnika, je Jovanović decembra dejal, da se o tem pogajajo s francosko vlado. "Govorimo o posojilu v skupni vrednosti 50 milijonov evrov," je dejal in poudaril, da bo Srbija do konca leta 2025 nabavila in postavila najzmogljivejši superračunalnik v širši regiji, prioriteta pa ostaja uporaba umetne inteligence tako, da se ustvarijo boljši pogoji za življenje vseh državljanov. Savić navaja, da bodo od teh 50 milijonov evrov 35 milijonov vložili zgolj v ta veliki superračunalnik. 

"Drastično povečanje zmogljivosti bo ponudilo možnost, da superračunalnik in čas na njem ponudimo še večjemu številu ustanov ter tudi domačim startup podjetjem, v prihodnosti pa tudi malim in srednje velikim podjetjem," je dejal za Bloomberg Adria. 

Kako še se uporabljajo superračunalniki v zdravstvu? 

Superračunalniki postajajo močno orodje sodobne medicine, saj pomagajo bolje razumeti nekatere bolezni, prepoznati genetske predispozicije za določena stanja, postaviti natančnejšo diagnozo, določiti terapijo, učinkoviteje razvijati zdravila, predvideti njihove stranske učinke ... Ob zagonu superračunalnika v DDC v Kragujevcu se je že govorilo o tem, da bi tamkajšnji strežnik nekoč služil za analizo genov, da bi državljani lahko videli, h katerim boleznim so nagnjeni in kako jih preprečiti. 

Svetovne ustanove medtem tovrstne sisteme na veliko uporabljajo za različne zdravstvene namene. Na primer, Danski nacionalni center za genome – ki velja za vodilno svetovno institucijo, ko gre za obdelavo ogromnih količin raznolikih zdravstvenih podatkov na področju personalizirane medicine – uporablja svoj superračunalniški sistem za zbiranje, analizo in združevanje izjemno velikih in raznolikih nizov podatkov, kot so besedilo iz bolnikovih kartotek, rentgenski posnetki in genetski podatki. "Superračunalnik je tako zmogljiv, da je sposoben odkrivati vzorce in povezave, ki bi lahko dali veliko natančnejšo sliko o pacientu, ki se bo zdravil," piše na spletni strani centra. 

Zanimivi so bili tudi primeri uporabe superračunalnikov v času pandemije covida 19. "Med pandemijo je superračunalnik Hewlett Packard Enterprise (HPE) znanstvenikom pomagal izolirati in identificirati spike protein v covidu 19. Pred uporabo superračunalnikov raziskovalci niso imeli možnosti za karakterizacijo tega proteina." Po tem bi lahko podjetja in države načrtovale, razvijale in sčasoma preizkušale in razvijale cepiva. "Računalnik je bil sposoben obdelati na milijone različnih naborov podatkov o beljakovinah z vsega sveta, jih proučiti glede na beljakovine covida 19 in razumeti lastnosti dodanih beljakovin," je dejal takratni izvršni podpredsednik HPE Justin Hotard. 

Upanja o uporabi superračunalnikov v medicini so velika, predvideva se, da bodo raziskovalni projekti na tem področju še naprej prispevali k skrajševanju časa za načrtovanje in testiranje zdravil, zdravljenju hudih bolezni, kot sta Alzheimerjeva bolezen in rak, napovedovanju širjenja nalezljivih bolezni, optimizaciji in personalizaciji zdravljenja ... 

"Prvi 'exascale' superračunalnik v Evropi naj bi sofinanciral tudi EuroHPC, podjetje, ki ga je ustanovila Evropska unija z namenom razvoja visokozmogljivega računalniškega omrežja," spominjajo v Data Cloud Technology. Njegova računalniška moč bo uporabljena za ustvarjanje digitalnih dvojčkov človeškega srca ali možganov za medicinske namene, izvajanje simulacij za pridobivanje močnejših in lažjih materialov, zapletene podnebne simulacije in drugo. Na voljo bo startupom po vsej Evropi za usposabljanje in uvajanje generativnih modelov umetne inteligence. 

Vega IT

 

"Ko vidimo investicije največjih podjetij na svetu, je jasno, da bodo tudi države začele vse več vlagati v infrastrukturo umetne inteligence. Preprosto, AI se je med vsemi novimi tehnologijami, ki jih je prinesla četrta industrijska revolucija, izkazala za tehnologijo, zagotavljajočo največ ekonomskih koristi za družbo in državo, ki jo sprejema in uporablja," ocenjuje Savić. 

Raziskujejo, kaj se dogaja znotraj živih celic 

Kakšna je hrvaška superračunalniška infrastruktura? 

Hrvaška ima trenutno več superračunalnikov. Superračunalnik Supek ima svoje mesto v podatkovnem centru Univerzitetnega računalniškega centra Srce. Poleg tega je vzpostavljen sistem za napredno računalništvo v oblaku Vrančić, namenjen širšemu naboru uporabniških aplikacij in sistemov, ki zahtevajo specifično programsko okolje ter znatne procesorske in pomnilniške vire. 

"Poleg nacionalnih superračunalniških virov Srce obstajajo tudi institucionalni viri na posameznih institucijah. Univerza na Reki ima na voljo superračunalnik Bura. Bura je bil ob ustanovitvi leta 2015 najzmogljivejši superračunalnik na Hrvaškem in je prijavljen na 441. mestu lestvice Top500 najmočnejših sistemov na svetu," poudarjajo pri HR HPC CC. 

Dodajajo še, da obstaja več računalniških grozdov na institucijah, kot sta Državni hidrometeorološki zavod in Inštitut Ruđer Bošković, ki se uporabljajo za institucionalne namene in so namenjeni specifičnim potrebam teh institucij in posebnim skupinam uporabnikov. Kar zadeva uporabo teh sredstev, se lahko Supek in Vrančić brezplačno uporabljata pri izvajanju raziskovalnih projektov, financiranih iz javnih virov. To pomeni, da jih lahko uporabljajo uporabniki s področja znanosti, javne uprave ter malih in srednje velikih podjetij. 

"Uporabljamo ga lahko tudi pri izdelavi zaključnih, diplomskih, specialističnih in doktorskih nalog na javnih univerzah in javnih znanstvenih zavodih ter pri izvajanju praktičnega pouka. Po drugi strani pa je uporaba superračunalnika Bura omejena predvsem na akademsko skupnost Univerze na Reki, pri čemer je poseben poudarek na raziskovalnih projektih in znanstveni produkciji. Omogočen je dostop zasebnim uporabnikom in poslovnim subjektom v sodelovanju z akademskimi partnerji," poudarjajo v HR HPC CC.  

Na Hrvaškem jih na primer uporabljajo znanstveniki z Inštituta Ruđerja Boškovića, ki so z evropskimi superračunalniki LUMI in Vega ter hrvaškim Supekom raziskovali zdravila proti raku. 

"Raziskovali so, kaj se dogaja znotraj živih celic, superračunalniki pa so jim omogočili izvedbo podrobnih simulacij molekularnih interakcij, ki bi sicer zahtevale leta dela na standardnih računalnikih," pojasnjujejo na Hrvaškem kompetenčnem centru visokozmogljivega računalništva (HR HPC CC). 

Nadaljnji razvoj te mreže na Hrvaškem 

Sicer pa v HR HPC CC poudarjajo, da je potreba po superračunalnikih na Hrvaškem iz leta v leto večja, tako na znanstvenem področju kot tudi na področju gospodarstva in javne uprave. 

Po zadnjih podatkih Srca o uporabi superračunalniške infrastrukture z začetka leta beležijo nenehno naraščanje uporabe. Leta 2023 se je število projektov glede na leto 2022 povečalo za 60 odstotkov, število uporabnikov pa za 35 odstotkov. Prav tako so bili večinoma uporabljeni za področja računalniške kemije, biologije, fizike in umetne inteligence, pri čemer so zaradi velikega zanimanja raziskovalcev najbolj obremenjene aplikacije umetne inteligence. 

"V prihodnosti se pričakuje še večja potreba po računalniških zmogljivostih, zato je treba načrtovati pravočasno nadgradnjo s specializiranimi grafičnimi procesorji, ki so primerni za AI- aplikacije," pravijo pri HR HPC CC. Kljub temu menijo, da je Hrvaška s trenutno razpoložljivimi nacionalnimi viri in dostopom do mednarodnih virov naredila dobre korake na področju superračunalnikov in HPC-tehnologij. Pomemben korak je tudi, da so aktivni član EuroHPC JU Joint Enterprise, ki se ukvarja z izgradnjo HPC-infrastrukture v Evropi. 

Poudarjajo pa, da je razvoj tehnologije nenehen, zato je treba razmišljati in načrtovati prihodnost in bodoče potrebe. "Nadaljevati je treba sočasno delo na vseh področjih – v znanosti, javni upravi in gospodarstvu, da bomo tehnologije HPC izkoristili v polnem obsegu. Na ravni Evropske unije je uporaba tehnologij HPC na zavidljivi ravni v znanosti in pri raziskavah, dovolj dobrega prenosa znanosti v industrijo in javno upravo pa še nismo dosegli," ugotavljajo. 

Hrabri novi svet 

Razvoj superračunalnikov v regiji, od slovenskega Vege do hrvaškega Supeka in srbskih sistemov, kaže, da lahko tudi manjše države uspešno tekmujejo na globalni ravni, če združijo vizijo, znanje in podporo. Ti dosežki dokazujejo, da napredna tehnologija in strateške investicije omogočajo pospešek na ključnih področjih, kot so zdravstvo, podnebne raziskave, umetna inteligenca in industrijski razvoj. 

Zmogljivost teh sistemov presega tradicionalno uporabo in omogoča konkretne rezultate – od simulacij in analize podatkov do razvoja rešitev, ki neposredno izboljšujejo kakovost življenja in omogočajo napredek v gospodarstvu. Prihodnost superračunalništva je jasno usmerjena k večji uporabnosti in dostopnosti, kar bo podjetjem, raziskovalcem in javnim ustanovam omogočilo, da z manj sredstvi dosežejo več. 

Z nenehnimi nadgradnjami in načrtovanjem novih zmogljivosti bodo ti sistemi igrali ključno vlogo v regionalnem in globalnem razvoju, pri čemer je sodelovanje med državami in institucijami ključno za izkoriščanje vseh potencialov, ki jih superračunalništvo prinaša. 

Pri pisanju članka so sodelovali Ana Ristović, Urban Červek in Marta Premužak.

Trenutno ni komentarjev za novico. Bodi prvi, ki bo komentiral ...

Pusti komentar