null Suurteholaskenta ennen, nyt ja tulevaisuudessa - CSC:n HPC-asiantuntija Jussi Enkovaaran haastattelu

Kuva: Adobe Stock

Suurteholaskenta ennen, nyt ja tulevaisuudessa - CSC:n HPC-asiantuntija Jussi Enkovaaran haastattelu

”Supertietokonetta voidaan pitää tietokonemaailman Formula ykkösenä. Erona on se, että supertietokonetta pääsee käyttämään helpommin kuin Formula-autoa. Muun muassa LUMI-supertietokone tarjoaa mahdollisuuden käyttää maailman suurimpia supertietokoneita."

- TkT Jussi Enkovaara, HPC-asiantuntija, CSC – Tieteen tietotekniikan keskus

Saimme tilaisuuden haastatella Jussi Enkovaaraa, yhtä PRACE Autumn School: Harnessing EuroHPC Flagship Supercomputers -kurssin opettajista. Tällä hetkellä hän työskentelee HPC-asiantuntijana CSC:llä ja on ollut mukana superkoneiden ohjelmistojen kehittämisessä ja tuessa vuodesta 2005 lähtien. Hänellä on 15 vuoden kokemus CSC:n järjestämien kurssien ja koulutuksien opettamisesta. Hän opettaa PRACE-syyskoulussa aihetta: ”Introduction to GPU programming with OpenMP”.  Kyseinen PRACE-syyskoulu järjestetään CSC:n organisoimana 11.-15.10.2021 Vuokatissa.

Uransa alkuvaiheessa Enkovaara tutki metalliseosten magneettisia ominaisuuksia kvanttimekaanisten atomitason simulaatioiden avulla. Väiteltyään Teknillisestä korkeakoulusta hän työskenteli Jülichin tutkimuskeskuksessa post-doc -tutkijana keskittyen magneettisten kerrosrakenteiden sähkönjohtavuuteen liittyviin simulaatioihin. Aihepiiriin liittyvästä aikaisemmasta kokeellisesta perustutkimuksesta myönnettiin myöhemmin fysiikan Nobel samassa laitoksessa työskenneelle professori Peter Grünbergille. Työskennellessään Jülichissä Enkovaara keskittyi lisäksi enemmän ohjelmointiin ja rinnakkaisohjelmointiin.

Viimeisten 20 vuoden aikana Enkovaara on nähnyt suurteholaskennan merkittävän kehityskaaren tähän päivään. Hän kuvailee työnsä parhaita puolia olevankin jatkuva uusien asioiden oppiminen ja opiskelu, sillä suurteholaskenta on jatkuvassa kehityksessä.

Ensikosketuksen suurteholaskentaan Enkovaara sai 1990-luvun lopulla kesätöissä Teknillisen korkeakoulun fysiikan laboratoriossa. Tuohon aikaan suuri osa laskennasta tehtiin käyttäen vain yhtä prosessoriydintä, ja CSC:n lippulaivassa Cray T3E:ssäkin oli vain 192 ydintä. Nykyään suurteholaskenta perustuu täysin massiiviseen rinnakkaislaskentaan, esimerkiksi CSC:n Mahti supertietokoneessa on lähes 190 tuhatta prosessoriydintä. Laskentatehon kehitystä kuvaa myös se, että Enkovaaran nykyinen kannettava olisi 20 vuotta sitten ollut maailman viiden tehokkaimman supertietokoneen joukossa.
 

Suurteholaskennan tulevaisuuden suuntauksia

Enkovaaran mukaan suurteholaskennan paradigma on muuttunut erityisesti siksi, että grafiikkaprosessorien merkitys on kasvanut radikaalisti viimeisten 10 vuoden aikana. Esimerkiksi CSC:n Puhti- ja Mahti-supertietokoneissa vain osa käyttää näitä grafiikkaprosessoreita (GPU), kun taas LUMI supertietokone perustuu lähes täysin grafiikkaprosessoreihin. Toinen tärkeä suuntaus on energiatehokkuuden kehittäminen. Kun supertietokoneen teho kasvaa, kasvaa samalla myös sen energiankulutus. Se myös vaatii yhä kehittyneempiä jäähdytysjärjestelmiä. Lue täältä LUMI supertietokoneen energiatehokkuudesta.

Enkovaara sanoo supertietokoneiden grafiikkaprosessoreiden olevan tapa maksimoida ja kasvattaa laskentatehoja ilman että energinakulutus kasvaa samassa suhteessa kuin tavallisten prosessorien kanssa. Myös grafiikkaprosessorit perustuvat massiiviseen rinnakkaislaskentaan, mutta koska grafiikkaprosessoreiden ytimet ovat hyvin yksinkertaisia, on niiden ohjelmointi jossain määrin erilaista kuin tavallisten prosesorien. Eri valmistajien GPU:ita (esim. NVIDIA ja AMD) on aikaisemmin pitänyt ohjelmoida hieman eri tavoin. PRACE-syyskoulussa opetettava OpenMP-lähestymistapa toimii kuitenkin sekä AMD- että NVIDIA grafiikkaprosessoreissa. 

Monet tekoälyalgoritmit soveltuvat erityisen hyvin grafiikkaprosessoreille, ja tekoälymenetelmien kehittyminen on ollut tärkeä syy grafiikkaprosessoreiden merkityksen kasvamiselle. Suurteholaskennan ja tekoälyn yhdistelmä onkin yksi tulevaisuuden kehittymiskohde. 

Aiheesta lisää tiedeluentojen aikana PRACE syyskoulussa. 


Miksi osallistua syyskouluun?

PRACE Autumn School: Harnessing the EuroHPC Flagship Supercomputers Vuokatissa lähestyy, ja tuo yhteen perustutkinnon suorittaneita, jatko-opiskelijoita sekä tohtoreita eri tieteenaloilta. 
Kurssi koostuu luennoista ja käytännön harjoittelusta nykyaikaisen grafiikkaprosessoriytimien käytöstä suurteholaskennassa eli GPU-ohjelmoinnista ja GPU-koodin optimoinnista sekä koneoppimismenetelmien ymmärtämisestä ja soveltamisesta. Kurssi sisältää myös tieteellisiä tapaustutkimuksia (science case) grafiikkaprosessoreiden käytöstä eri tieteenaloilla. Opettajat ja luennoitsijat ovat kurssiaiheiden korkeatasoisia asiantuntijoita, jotka tarjoavat erilaisia näkökulmia kurssin teemoihin. 

Syyskoulu on osallistujille mahdollisuus oppia uusia asioita. Kurssi on erityinen tilaisuus osallistujille tutustua maailmanluokan laskentaresursseihin, laajentaa verkostoaan, tutustua ihmisiin eri taustoista sekä löytää uusia näkökohtia ja lähestymistapoja kurssin aiheisiin. Syyskoulu sisältää myös vierailun CSC:n datakeskukseen Kajaaniin, jossa LUMI, maailman tehokkaimpiin lukeutuva supertietokone sijaitsee. Kurssi on ainutlaatuinen tilaisuus osallistujille tutustua suurteholaskenta-alan huippuluokan datainfrastruktuuriin. 

Englanniksi pidettävä kurssi koostuu luennoista ja on jaettu kolmeen erilliseen suuntaukseen (hands-on tracks). Jokaisella suuntauksella on omat taustavaatimuksensa. Osallistujat valitsevat hakuvaiheessa yhden kurssisuuntauksista:

  • Johdatus syväoppimiseen (Introduction to deep learning)
  • Johdatus GPU-ohjelmointiin OpenMP:llä (Introduction to GPU programming with OpenMP)
  • Hackathon: GPU-sovellusten optimointi LUMI-supertietokoneessa (Hackathon: Optimizing GPU applications on LUMI supercomputer)

 
Tarkemmat tiedot tapahtuman virallisilta verkkosivuilta. 
Hae kurssille 9. elokuuta 2021 mennessä! 
 

Vinkkejä ohjelmoinnin tai HPC-taitojen kehittämiseen ja aloittamiseen

Kysyimme Enkovaaralta, mistä omien ohjelmointitaitojen ja HPC-osaamisen kehittämisen voi aloittaa tai tehostaa niitä. CSC järjestää monipuolisesti erilaisia ohjelmointikursseja ja suurteholaskennan kursseja. Syksyllä 2021 alkaa sarja koulutuksia, Autumn of HPC, joka alkaa rinnakkaisohjelmoinnin perusteista edeten keskitason GPU-ohjelmointiin. Kyseiset kurssit edellyttävät kuitenkin perustason ohjelmointitaitoja. 

HPC-taitojaan voi kehittää erilaisilla ohjelmointikielien koulutuksilla. C ++ -ohjelmointikieltä käytetään laajasti suurteholaskennassa. Python taas on hyödyllinen ohjelmointikieli eri ohjelmistojen yhdistämiseen, ja se onkin tällä hetkellä Githubin suosituin ohjelmointikieli. Yritysmaailmassa saattaa olla käytössä myös muita ohjelmointikieliä. 

Hyvä lähtökohta ohjelmointikielien perusteiden oppimiselle on aloittaa eri yliopistojen järjestämillä kursseilla sekä erilaisilla verkkokursseilla.
 

Lisää tästä aiheesta » Siirry sisältöihin ja uutisiin »

Iiris Liinamaa