Euroopan tehokkain LUMI-supertietokone ratkoo Kajaanissa ihmiskunnan suurimpia haasteita tekoälyn avulla

LUMIn omistaa EuroHPC-yhteisyritys, ja sitä isännöi 10 maan konsortio, jolla on pitkät perinteet ja tietämys tieteellisestä laskennasta. Tutkijat kaikkialla Euroopassa voivat hakea pääsyä LUMIn resursseihin ja näin ollen koko Eurooppa hyötyy tästä uudesta tutkimusinstrumentista. LUMI on sijoitettu Kajaaniin, maailman ekologisimpiin lukeutuvaan datakeskukseen, jota hallinnoi CSC – Tieteen tietotekniikan keskus. 

– Tänään otetaan merkittävä askel kohti Euroopan digitaalista ja vihreää siirtymää. LUMI on nyt Euroopan nopein ja energiatehokkain supertietokone – ja myös yksi maailman tehokkaimmista. Massiivisen laskentakapasiteettinsa ansiosta LUMI mahdollistaa esimerkiksi lääketieteen ja ilmastotutkimuksen tieteelliset läpimurrot paljon aiempaa nopeammin. Sitä voidaan hyödyntää esimerkiksi rokotteiden kehittämisessä, syövän diagnosoinnissa tai ilmastonmuutoksen vaikutusten hillitsemisessä. Tämä on hyvä esimerkki tekoälyn tarjoamista valtavista mahdollisuuksista parantaa elämäämme, sanoo Euroopan komission varapuheenjohtaja Margrethe Vestager.

– Supertietokoneita käytetään maailmanlaajuisten yhteiskunnallisten haasteiden ratkaisuun. Näiden haasteiden kokoluokka ja työ, jolla ne muutetaan innovaatioksi ja mahdollisuuksiksi, vaatii useiden eri akateemisten tutkimusalojen ja lukemattomien tutkimusryhmien yhteistyötä. On järkevää, että yksi suurimmista tutkimusinfrastruktuureista perustuu laajaan yhteistyöhön. Tässä EuroHPC:n LUMI-konsortioyhteistyö näyttää edelläkävijyyttä, jonka tavoitteena on vahvistaa Euroopan kilpailukykyä ja digitaalista suvereniteettia sekä edistää kansainvälistä tutkimusyhteistyötä, sanoo EuroHPC-yhteisyrityksen toimitusjohtaja Anders Dam Jensen.

– LUMI on ainutlaatuinen hanke mittakaavansa ja yleiseurooppalaisen luonteensa ansiosta. LUMI on suurteholaskentaan ja tekoälyyn pohjautuvan tutkimuksen sekä kehittämisen työkalu, joka mahdollistaa tieteellisiä läpimurtoja useilla tieteenaloilla. Viidennes LUMI:n kapasiteetista on kohdennettu yrityksille, joille avautuu näin mahdollisuus käyttää tutkimus- ja kehitystyössään aivan uudenlaisia suurteholaskennan menetelmiä ja synnyttää näin uusia innovaatioita, LUMIa isännöivän CSC:n toimitusjohtaja Kimmo Koski sanoo.  

LUMI-supertietokone. Kuva: Pekka Agarth

Euroopan tehokkain LUMI toimii myös kvanttikoneiden parina 

LUMI on Euroopan tehokkain supertietokone. Toukokuun lopulla julkistetulla maailman nopeimpien supertietokoneiden top500-listalla LUMI sijoittui 3:lle sijalle. LUMIn valtava laskentateho perustuu pääosin suureen määrään grafiikkaprosessoreita eli GPU-prosessoreita. Ne soveltuvat erityisen hyvin erilaisten tekoälyn menetelmien, etenkin syväoppimisen käyttöön. LUMI-supertietokoneen avulla eurooppalaisilla tutkijoilla on käytössään maailmanluokan työkalu monimutkaisten ilmiöiden ymmärtämiselle. Kvanttitietokoneet tarvitsevat supertietokoneen rinnalleen, jotta niiden tuomaa tehoa voidaan valjastaa oikeisiin kohteisiin osana tutkimusprosessia. 

− Suomessa on erittäin merkittävä kvanttiteknologian osaamiskeskittymä − myös eurooppalaisella tasolla. Suurteholaskennan ja kvanttilaskennan yhdistäminen vahvistaa kvanttiekosysteemin houkuttelevuutta Suomessa ja Euroopassa. Nämä yhdessä luovat uudenlaisia mahdollisuuksia sekä tieteelliseen laskentaan että yritysten tutkimus- ja innovaatiotyölle, elinkeinoministeri Mika Lintilä sanoo.

Kvanttitietokoneet eivät näin ollen korvaa perinteisiä supertietokoneita, vaan näiden yhdistäminen luo mahdollisuuden kehittää hybridilaskentaa, joka käyttää hyväkseen sekä klassisen superlaskennan että kvanttilaskennan parhaita puolia. LUMI on tähän mennessä yhdistetty onnistuneesti kahteen kvanttitietokoneeseen: ruotsalaiseen Chalmers/Wallenberg Centre for Quantum Technology QAL 9000 – ja Suomen ensimmäiseen, VTT:n operoimaan Helmi-kvanttitietokoneeseen.

Mihin supertietokoneita tarvitaan? 

Supertietokoneita ja erittäin suurta laskentatehoa sekä tekoälykapasiteettia tarvitaan huippututkimuksen tekoon monilla data- ja laskentaintensiivisillä tieteenaloilla, esimerkiksi lääkeainetutkimuksessa ja ilmastotieteissä. Tietokonesimulaatioiden avulla voidaan tutkia esimerkiksi ilmastonmuutosta ja jäätiköiden sulamista, ratkaista uusiutuvaan energiaan ja fuusioenergiaan liittyviä kysymyksiä sekä etsiä uusia entistä tehokkaampia lääkeaineita moniin sairauksiin.

Supertietokoneet ovat myös kuin aikakoneita: simuloimalla menneitä sääolosuhteita voidaan paremmin ennustaa tulevia sääilmiöitä ja auttaa ratkaisemaan esimerkiksi ilmastonmuutokseen liittyviä kysymyksiä. Supertietokoneiden avulla laajennetaan tieteellisen tutkimuksen rajoja. Ilman supertietokoneita mallinnukset kestäisivät hyvin pitkään tai tutkimus olisi kokonaan mahdotonta tehdä.

Tekoäly ja suurteholaskenta ovat erityisesti muutaman viimeisen vuoden aikana tulleet käyttöön myös monella sellaisella tieteenalalla, joka ei ole näitä perinteisesti hyödyntänyt. Esimerkiksi useat humanistiset tieteet, erityisesti kielitiede on kasvattanut nopeasti osuuttaan supertietokoneresurssien käyttäjänä.  

Kuva: Pekka Agarth

Tekoälyn ja suurteholaskennan monet käyttöalueet

Avajaishetkellä LUMI on Euroopan tehokkain supertietokone ja yksi edistyneimmistä alustoista tekoälylle. Tekoälyjärjestelmät perustuvat suuria datamassoja hyödyntävään ja tehokasta laskentakapasiteettia vaativaan koneoppimiseen. LUMI kytkee yhteen laskentakapasiteetin, tekoälyn menetelmät, erityisesti syväoppimisen, perinteiset laajan skaalan simulaatiot sekä suurten datamassojen hyödyntämisen – samanaikaisesti ratkaisemaan yhtä haastetta.

– Tiede muuttaa maailmaa. Yhä tehokkaammalla laskentakapasiteetilla saamme ratkaisuja mitä moninaisimpiin haasteisiin lukuisilla eri tieteenaloilla. LUMI avaa uusia mahdollisuuksia myös kansainväliselle tutkimusyhteistyölle ja vahvistaa Suomen profiilia korkean osaamisen maana, toteaa tiede- ja kulttuuriministeri Petri Honkonen. 

Tekoälyä hyödyntävästä tutkimuksesta on esimerkkinä Tampereen yliopiston ja Tukholman Karoliinisen instituutin tutkimusryhmä, joka kouluttaa tekoälyä eturauhassyövän diagnosoimiseen ja luokitteluun. 

– Aiempaan verraten voidaan tehdä samankaltaisia asioita, mutta nopeammin. Jos esimerkiksi pääsemme kolmen päivän laskenta-ajasta kolmeen tuntiin, pystymme testaaman uusia ideoita entistä nopeammalla syklillä. Tämä kiihdyttää tutkimusprosessia. LUMI myös mahdollistaa uudenlaisia tutkimuskysymyksiä ja erilaisten datalähteiden yhdistely mahdollistaa aiempaa monimutkaisempien ongelmien mallintamisen, toteaa tutkimusryhmän jäsen Kimmo Kartasalo Tukholman Karoliinisesta instituutista.

LUMI on keskeinen työkalu muun muassa mallinnettaessa Destination Earth -projektissa maapallon digitaalista kaksosta, jota tarvitaan ilmastonmuutoksen ratkaisuihin liittyvässä tutkimuksessa. 

– LUMI on erittäin houkutteleva alusta useiden Destination Earthin osa-alueiden kannalta. Yksi niistä on itse suurteholaskenta, joka tukee maapallon digitaalisista kaksosista tehtäviä malleja, jotka vaativat grafiikkaprosessoreihin perustuvaa laskentaa. Toinen osa-alue on koneoppiminen, joka on ainoa tapa kerätä valtava määrä dataa useista eri järjestelmistä Destination Earthin sovelluksia varten. Myös tällä osa-alueella LUMI tarjoaa ennennäkemättömiä mahdollisuuksia, toteaa Destination Earth -hankkeen johtaja Peter Bauer Euroopan keskipitkien sääennusteiden keskukselta (ECMWF).

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. 

– Laskennalliset menetelmät ovat menneet alallamme todella hurjaa vauhtia eteenpäin. Vielä viisi vuotta sitten emme osanneet uumoilla tätä tilannetta, missä tieteenala nykyään on, toteaa apulaisprofessori Sampo Pyysalo Turun yliopiston kielimalleja kehittävästä TurkuNLP-tutkimusryhmästä.

Kajaanin vihreä datakeskus 

Suurteholaskenta kuluttaa runsaasti sähköä, mutta lukuisien rakennus- ja suunnitteluvaiheessa tehtyjen edistyksellisten ratkaisujen ansiosta LUMI on supertietokoneeksi poikkeuksellisen ekologinen. Osoitukseksi tästä LUMIlle myönnettiin loppuvuodesta 2021 palkinto parhaasta kestävän kehityksen innovaatiosta suurteholaskennan alalla ja se sijoittui kolmanneksi toukokuussa 2022 julkistetulla supertietokoneiden Green500-listalla.

Huomattava osa ICT-alan hiilijalanjäljestä syntyy infrastruktuurien rakennusvaiheessa. LUMIn hiilijalanjälkeä pienentää oleellisesti jo se, että sitä varten ei ole tarvinnut rakentaa uutta tehdashallia ympäröivine infrastruktuureineen, vaan se on sijoitettu tyhjilleen jääneen vanhan paperitehtaan tiloihin ja hyödyntää tätä varten aikanaan rakennettua kunnallistekniikkaa. LUMI on useimpia supertietokoneita energiatehokkaampi erityisesti siksi, että Kainuun viileän ilmaston ansiosta sen jäähdyttämiseen kuluu huomattavan vähän energiaa. Energiatehokkainkin supertietokone kuluttaa kuitenkin runsaasti sähköä, joten on erittäin tärkeä kiinnittää huomiota myös siihen, miten tämä sähkö on tuotettu. Oleellinen osa LUMIn ekologisuutta onkin sen käyttämä 100-prosenttisesti uusiutuvalla vesivoimalla tuotettu sähkö.

Koska LUMIn tuottama hukkalämpö hyödynnetään Kajaanin kaukolämpöverkossa, sen hiilijalanjälki on kokonaisuutena negatiivinen. LUMIn hukkalämmöllä tuotetaan 20% Kajaanin alueen vuosittaisesta kaukolämpötarpeesta, minkä ansiosta se vähentää Kajaanin kaupungin hiilijalanjälkeä 12400 hiilidioksiditonnia vuodessa. Tämä vastaa noin 4000 henkilöauton vuosittaista päästömäärää. 

Lisätiedot:
Anders Dam Jensen
Toimitusjohtaja, EuroHPC Joint Undertaking
anders.jensen@eurohpc-ju.europa.eu
   
Kimmo Koski
Toimitusjohtaja, CSC – Tieteen tietotekniikan keskus
kimmo.koski@csc.fi

Haastattelu- ja aineistopyynnöt: 

Sanna Kostiainen
Viestintäpäällikkö, CSC – Tieteen tietotekniikan keskus
Puhelin: 0400 712 072
sanna.kostiainen@csc.fi

www.lumi-supercomputer.eu ja www.csc.fi/lumi

Kuvia medialle: https://www.lumi-supercomputer.eu/media/