Suurtehoa laskentaan

Finnish Grid Infrastructure (FGI) lisää merkittävästi suomalaisten tutkijoiden käytössä olevaa laskentatehoa.

- Quantumin kellarissa sijaitsevan kotoisen jääkaappi-
pakastinyhdistelmän kokoiseen tietokonelaitteistoon
mahtuu tietoa ja laskentatehoa vaikka muille jakaa,
iloitsevat Kalle-Antti Suominen ja Kimmo Luoma

Turun yliopiston fysiikan ja tähtitieteen laitos on mukana konsortiossa, joka on hankkinut maahan hajautetun suurteholaskennan laitteiston.

Hajautettu laskentakapasiteetti koostuu kymmenestä erillisestä laitteistosta, jotka on sijoitettu tieteen tietotekniikan keskuksen CSC:n ja yhdeksän konsortioyliopiston tiloihin. Yksi laitteisto sijaitsee Turun yliopistossa Quantumin kellarissa. Yli kahden miljoonan euron kokonaishankinnan mahdollisti Suomen Akatemian infrastruktuurirahoitus.

FGI edustaa erityisesti tietojenkäsittelytieteitä, materiaalitieteitä sisältäen fysiikan ja kemian, biotieteitä ja laskennallista lääkeainetutkimusta, mutta resurssit ovat myös muiden suurteholaskentaa tarvitsevien tieteenalojen käytettävissä.

- Turussa laitteisto on ainakin alkuun enimmäkseen fyysikkojen käytössä, mutta aika näyttää, laajeneeko käyttäjien piiri, kertoo konsortion vastuuhenkilönä Turun yliopistossa toimiva fysiikan professori Kalle-Antti Suominen.

Kvanttihyppyjä ja atomirakenteita

Tohtorikoulutettava Kimmo Luoma sai joulun alla Vilho, Yrjö ja Kalle Väisälän rahaston apurahan väitöstutkimukseensa, jossa tutkitaan Monte Carlo-menetelmiä avoimissa kvanttisysteemeissä. Tutkimusaihetta lienee mahdoton avata maallikon ymmärrettäväksi, mutta siinä tarkastellaan ilmiöitä, jossa havainnoitavat ja mitattavat suureet ovat kvantittuneet.

Avoimen kvanttisysteemin tapauksessa myös ympäristön vaikutus kvanttisysteemiin täytyy huomioida. Sen vaikutusta voidaan kuvata mm. kvanttihyppymenetelmän avulla.  Esimerkiksi atomi voi muuttaa sisäistä tilaansa äkillisesti eli "hypätä tilalta toiselle" ympäristön vaikutuksen vuoksi.

- Tämän ilmiön simuloimiseksi täytyy suorittaa lukuisia rinnakkaisia laskutoimituksia, johon uusi FGI-laitteisto sopii loistavasti, Luoma kertoo.

Ehkä helpommin ymmärrettävä tutkimusala, joka Turun yliopistossa kykenee hyödyntämään uutta rinnakkaislaskentakapasiteettia on materiaalien pintatutkimus, jossa simuloidaan atomien asettumista kerros kerrokselta metalliseoksen pinnalle tavoitteena entistä parempien materiaalien kehittäminen.  Samalla tavoin tutkitaan yhdistelmäpuolijohteiden atomirakennetta. Uudella laitteistolla voidaan testata myös puhtaasti teoreettisia simulaatioita, kuten mm. moniulotteisen avaruuden topografiaa ns. solmuteorian valossa.

Turun laitteistolla 10 000 dvd-levyn muistikapasiteetti

Tieteellisessä tutkimuksessa on grid-laskentaa tehty Suomisen mukaan jo vuosia. Turun yliopistokin on ollut mukana CSC:n vetämässä M-Grid –projektissa, joka oli ensimmäinen hajautettua ja paikallista laskentaa yhdistänyt ratkaisu. Nyt käynnistynyt FGI jatkaa tätä onnistunutta projektia ja tuo laskentakapasiteettia entistä suuremmalle joukolle tutkijoita.

- Quantumin kellariin sijoitettu laitteisto on ensisijaisesti yliopiston omien tutkijoiden käytössä, mutta haluttaessa CSC:n kautta muidenkin yliopistojen tutkijoiden käytössä – ja tietysti myös päinvastoin, kertoo Suominen. Tällöin koko infrastruktuuria käytetään rinnakkain eri yliopistojen laskentapalvelimet yhdistävän grid-väliohjelmiston avulla Funet-verkon kautta.

FGI-laitteiston teoreettinen maksimiteho on 154 terafloppia sekunnissa, missä yksi terafloppi tarkoittaa biljoonaa eli tuhatta miljardia desimaalilukujen laskutoimitusta.  Laitteiston yhteenlaskettu käyttömuistin koko on puolestaan kymmeniä teratavuja. Yhden teratavun muistiin mahtuu vaikkapa ihmisen koko genomi.

- Laitteiston levytallennustila pelkästään Turun yliopiston osalta on 48 teratavua, mikä on noin 10 000 dvd-levyn tietomäärä. Erityistä laitteistossa on nopea tiedonsiirto prosessorien välillä, mikä erottaa sen esimerkiksi yhteen liitetyillä toimistokoneilla rakennetusta laitteistosta, kuvaa Suominen.

Suomalaisten FGI tullaan kytkemään myös osaksi Euroopan laajuista laskentaverkkoa, jolloin laskentatehoa saadaan suorastaan tähtitieteellinen määrä. Se voidaan tarvittaessa kytkeä vaikkapa Cernissä tehtävän ns. Higgsin hiukkasen tutkimusprojekteihin.

- FGI-laitteistot on jo asennettu yliopistoihin ja ne tulevat tutkijoiden käyttöön alkuvuodesta, kertoo Suominen.

Teksti: Timo Niitemaa
Kuvat: TN, ProLithic, Billy and Lynn

Teksti on lisensoitu Creative Commons Nimeä 1.0 Suomi -lisenssillä.

Julkaistu 12.01.2012 08:57, päivitetty 12.01.2012 16:50