Aukšto našumo skaičiavimai apdoroja trilijonus duomenų, modeliuoja situacijas ir keičia klimato prognozes

Įžvalgos
2022 / 01 / 04
3 MIN. SKAITYMO

Gytis Umantas, „Novian Technologies“ generalinis direktorius

Šiandien sunku prisiminti, kaip gyvenome be taksi, maisto užsakymo, interneto prekybos, navigacijos ir daugybės kitų programėlių. Šios paslaugos sukūrė patogesnį gyvenimą, o jų atsiradimą lėmė pažangių technologijų prieinamumas ir pritaikomumas.

Tai – matoma šiuolaikinių technologijų įtaka kasdienybei. Šalia jos egzistuoja ir kita veikla, kur technologijų, aukšto našumo skaičiavimų pritaikomumas taip pat yra kritiškai reikšmingas.

Viena tokių, mokslo ir tyrimų sričių, – tai orų prognozavimo ir klimato kaitos tyrimų bei poveikio modeliavimo veikla. Ši sritis pastaruoju metu keičiasi žaibiškai ir pagrindinė to priežastis – būtent technologijos: dirbtinis intelektas, mašinų mokymasis ir aukšto našumo skaičiavimai.

Lietuvoje pirmasis aukšto našumo skaičiavimų klasteris buvo įrengtas 2009 m. Vilniaus universiteto (VU) Skaičiavimų centre. Daugiau nei dešimtmetį jo paslaugomis naudojosi Matematikos ir informatikos, Fizikos ir kitų fakultetų mokslininkai.

Šiandien aukšto našumo skaičiavimo (HPC, angl. k. high performance computing) technologijų panaudojimas dar labiau plečiasi, matome didelį potencialą gyvybės mokslų, kibernetinių simuliacijų, orų prognozavimo, atsinaujinančių energijos šaltinių naudojimo ir kitose srityse.

Naujų galimybių pritaikyti šias naujoves šalyje suteikia Lietuvos ekonomikos gaivinimo ir atsparumo planas, kur viena iš numatytų prioritetinių krypčių yra skaitmenizavimas ir inovacijos, tad organizacijoms atsiveria naujos galimybės modernizuoti IT sistemas, taip stiprinant ir šalies ekonomikos augimo potencialą.

Tikslu ir greita: superkompiuterių klimato prognozės

Kodėl verta naudoti aukšto našumo skaičiavimus? Pirmiausia, pasitelkus šią technologiją, įvairių modelių kūrimas tampa labai tikslus. Toks tikslumas yra aktualus vertinant iš skirtingų šaltinių gaunamus didelius istorinių ir realaus laiko duomenų masyvus, pavyzdžiui, prognozuojant orus, modeliuojant klimato kaitos poveikį ar atliekant kitus itin daug duomenų apimančius skaičiavimus.

Antra, atliekant tokius skaičiavimus, reikia ir greičio. Tikslios prognozės yra įmanomos vertinant aktualius duomenis realiu laiku, o visą parą kas keletą minučių pateikiamiems duomenims apdoroti reikia patikimos ir atsparios duomenų apdorojimo infrastruktūros.

Kodėl prognozuojant orus, modeliuojant klimato kaitos poveikį yra svarbus tikslumas ir greitis? Nes savalaikė reakcija į klimato pokyčius gali išgelbėti gyvybes, o jos poveikis yra išmatuojamas ir finansiškai.

Modeliuoja klimato kaitos poveikį

2019 m. Burkina Faso sostinėje Uagadugu IT infrastruktūros sprendimų bendrovė „Novian Technologies“ suprojektavo ir įdiegė aukšto našumo skaičiavimo klasterį. Jis leidžia spręsti sudėtingus klimato kaitos poveikio modeliavimo uždavinius, padedančius pasiruošti pokyčiams bei sušvelninti galimas pasekmes.

Projekto metu nuo nulio parengėme klasterio architektūrą, tiekėme ir diegėme reikiamą įrangą, sukonfigūravome programinę įrangą, dokumentavome sistemą, apmokėme kliento komandą. Įdiegtą HPC sistemą sudaro aukšto našumo tarnybinės stotys, sujungtos į lygiagrečių skaičiavimų klasterį, naudojant didelio našumo bei mažo vėlinimo „InfiniBand“ tinklą.

Šie tinklai leidžia rinkti specifinius biofizikinių parametrų duomenis, socialinius ir ekonominius rodiklius, meteorologinę, hidrologinę, žemės naudojimo, biologinę informaciją. Skirtingi rodmenys automatiškai perduodami HPC sistemai ir ten apdorojami. Taip supaprastinamas duomenų rinkimo valdymas, greičiau ir efektyviau atliekami modeliavimo uždaviniai, operatyviai pateikiamos ataskaitos.

2020-ais, pandeminiais metais, sudėtingomis sąlygomis įdiegėme aukšto našumo skaičiavimo sprendimus daugiau kaip 10-yje klimato poveikiui jautrių Afrikos šalių sostinių. Jie leidžia išanalizuoti trilijonus duomenų per sekundę, tad duomenys surenkami ir apdorojami, jais dalinamasi žymiai greičiau, prognozės yra tikslesnės, modeliavimo rezultatai gaunami anksčiau. Paprastai tariant, tai yra šimtus tūkstančių kartų didesni pajėgumai nei tradicinio kompiuterio.

Rezultatas – sudaromi žemės ūkio vystymo planai geriau atitinka prognozuojamus klimato sąlygų pokyčius, galiausiai padeda išvengti skaudžių, taip pat ir finansinių padarinių vietos gyventojams. Svarbu ir tai, kad nuo šiol vietos mokslininkai, mokslo bei tyrimų centrai gali dirbti savarankiškai, mažiau kliaudamiesi kitų šalių resursais.

Aukšto našumo skaičiavimai – ir Lietuvoje

Aukšto našumo skaičiavimų tema vis aktualesnė tampa ir Lietuvoje. 2021 m. baigtas diegti iš esmės modernizuotas aukšto našumo skaičiavimų klasteris VU Matematikos ir informatikos fakultete atvėrė galimybes išnaudoti superkompiuterių galimybes ne tik mokslo, bet ir platesnėms reikmėms.

Šis architektūrinis IT sprendimas suteikia galimybę greitai ir efektyviai vykdyti tyrimus dirbtinio intelekto kūrimo, neuroninių tinklų mokymo, didelio masto skaičiavimų srityse bei kitose kūrybinėse bei tyrimų veiklose, kurioms atlikti reikia itin didelės imties skaičiavimų.

Inovatyvų, aukščiausius tarptautinius standartus atitinkantį aukšto našumo skaičiavimo įrenginių klasterį suprojektavome ir įdiegėme bendradarbiaudami su klientu ir technologiniais partneriais (DELL, IBM, NVIDIA, „Mellanox“).

Taip pat universitetui parengėme verslo planą, paslaugų katalogą ir sistemos apskaitos modulį, suteikiantį galimybę pasiūlyti rinkai platų skirtingų technologijų paketą, jį lengvai pritaikyti kliento poreikiams, operatyviai paruošti reikiamą aplinką ir po to apskaityti. Taigi, atviros prieigos centro HPC infrastruktūra gali naudotis ne tik VU, bet ir kitų Lietuvos mokslo įstaigų, taip pat įmonių tyrėjai.

Lietuvos ekonomikos gaivinimo planas atveria naujas galimybes ir IT modernizavimui

Galimybių išnaudoti superkompiuterių privalumus suteikia ir patvirtintas Lietuvos ekonomikos gaivinimo ir atsparumo planas.

Tarp jame numatytų prioritetinių krypčių – skaitmenizavimas ir inovacijos, tad organizacijoms atsiveria naujos galimybės modernizuoti IT sistemas.

Matome ir didelį HPC technologijų potencialą Lietuvoje: gyvybės mokslų, kibernetinių simuliacijų, orų prognozavimo, atsinaujinančių energijos šaltinių panaudojimo, kitose srityse bei esame pasirengę savo žiniomis ir kompetencijomis padėti kurti vertę naudojantis HPC technologijomis.

Šaltinis: Vz.lt projektas.