Europas kraftigste superdatamaskin skal løse globale utfordringer og fremme grønn omstilling

LUMI eies av EuroHPC Joint Undertaking, og drives av et konsortium på 10 land med lange tradisjoner for, og kunnskap om, vitenskapelig databehandling. Norge er et av landene i konsortiet, og eier gjennom Sigma2 en del av LUMI. Forskere over hele Europa kan søke om tilgang til LUMIs ressurser, noe som betyr at hele Europa kan dra nytte av den nye superdatamaskinen. LUMI er satt opp i Kajaani, i et av verdens grønneste datasentre, som drives av finske CSC – IT Center for Science Ltd.

– I dag markerer et stort skritt for Europas digitale og grønne skifte. LUMI er nå den raskeste og mest energieffektive superdatamaskinen i Europa, og en av de kraftigste i verden. Takket være sin enorme datakapasitet vil LUMI muliggjøre vitenskapelige gjennombrudd innen for eksempel medisin og klimaforskning i et mye raskere tempo. Det kan være i utviklingen av vaksiner, diagnostisering av kreft eller demping av effektene av klimaendringer. Dette er et godt eksempel på det enorme potensialet kunstig intelligens har for å forbedre livene våre, sier Margrethe Vestager, konserndirektør i EU-kommisjonen.

– De samfunnsutfordringene vi bruker superdatamaskiner til eksisterer på en global skala. Omfanget av utfordringene, og arbeidet som kreves for å håndtere og omsette dem til innovasjonsmuligheter, krever samarbeid på tvers av akademia og utallige forskerteam. Det kan derfor bare gi mening at en av de største og viktigste forskningsinfrastrukturene i Europa skal være basert på omfattende samarbeid. I dette er EuroHPCs LUMI-konsortium en banebrytende innsats for å styrke europeisk konkurranseevne og digital suverenitet, samtidig som det fremmer globalt forskningssamarbeid, sier Anders Dam Jensen, administrerende direktør i EuroHPC Joint Undertaking.

– LUMI er et økosystem for høykapasitets databehandling, kunstig intelligens og dataintensiv forskning som muliggjør gjennombrudd innen flere grener av akademisk forskning. I tillegg er en femtedel av LUMIs kapasitet rettet mot bedrifter, som får muligheten til å benytte metoder for neste generasjons databehandling og gi opphav til ny kompetanse og innovasjon, sier Kimmo Koski, administrerende direktør i CSC, som driver LUMI.

Også en partner for kvantedatamaskiner

I slutten av mai ble LUMI rangert på tredjeplass på Topp500-listen over verdens raskeste superdatamaskiner. LUMIs enorme datakapasitet er først og fremst basert på de mange grafikkprosessorene, eller GPU-prosessorene, som er spesielt egnet til forskning som involverer kunstig intelligens, og spesielt dyplæring (deep learning). LUMI gir europeiske forskere tilgang til et verktøy i verdensklasse for å undersøke og forstå komplekse fenomener.

– Også i Norge ser vi en kraftig økning i behovet for regneressurser til kunstig intelligens og maskinlæring. Moderne verktøy innen kunstig intelligens har innebygd støtte for grafikkprosessorer som kan gi opptil 250 gangen i ytelsesøkning sammenlignet med en vanlig prosessor. For eksempel har de nasjonale superdatamaskinene Betzy og Saga henholdsvis 16 og 32 GPUer, noe som kan gi tusen ganger mer ytelse enn en vanlig PC. Som deleier i LUMI får Norge tilgang på en maskin med ytelse på mer enn 550 Pflops, noe som tilsvarer 5 millioner vanlige PCer, sier Gunnar Bøe, daglig leder i Sigma2.

Også kvantedatamaskiner trenger superdatamaskiner som en del av forskningsprosessen.

– Finland har et betydelig kunnskapsknutepunkt for kvanteteknologi, også på europeisk nivå. Kombinasjonen av høykapasitets- og kvantedatamaskiner styrker attraktiviteten til kvanteøkosystemet i Finland og i Europa. Sammen skaper de nye muligheter for vitenskapelig databehandling og industriell forskning og innovasjon, sier Mika Lintilä, økonomi- og sysselsettingsminister i Finland.

Kvantedatamaskiner erstatter derfor ikke tradisjonelle superdatamaskiner. I stedet er teknologiene koblet uatskillelig sammen, noe som gir mulighet til å utvikle hybridløsninger. LUMI har så langt vært vellykket knyttet til to kvantedatamaskiner: det svenske Chalmers/Wallenberg-senteret for kvanteteknologi QAL 9000 og til Finlands første kvantedatamaskin, Helmi drevet av VTT.

– Vi kan gjennom vårt samarbeid i LUMI-konsortiet også gi forskere i Norge mulighet til å delta i ledende utvikling innen kvantedatamaskiner og bruken av disse, sier Hans Eide, spesialrådgiver i Sigma2.

Hva trengs superdatamaskiner til?

– Effektiv vitenskapelig beregning er nødvendig for å drive toppforskning innen akademiske felt med stort fokus på data og databehandling, for eksempel innen medisin og klimaforskning. Datasimuleringer hjelper til med å studere fenomener som klimaendringer og smelting av iskapper, løse problemer knyttet til fornybar energi og fusjonsenergi, utvikle nye vaksiner raskere enn før, og finne mer effektive behandlinger og medisiner, sier Pekka Manninen, ansvarlig CSC-direktør for LUMI.

Digitalisering innebærer å gjøre hele samfunnet mer dataintensivt, noe som betyr at det trengs effektiv kapasitet for høykapasitets dataanalyse innenfor akademisk forskning. Samfunnsvitere og humanister har lenge brukt statistikk, registerdata og elektronisk språkmateriell, og digitalisering har ført til nye måter å forske på. Nå er digital humaniora blitt en økende trend innen høykapasitets databehandling.

– Beregningsmetoder har gått fremover med en svimlende hastighet innen vårt felt, forteller førsteamanuensis Sampo Pyysalo fra forskningsgruppen TurkuNLP som utvikler språkmodeller ved Universitetet i Turku, Finland.

Den samlede samfunnsmessige påvirkningen av superdatamaskiner er betydelig. Forsknings-, utviklings- og innovasjonsaktiviteter utført ved hjelp av dem fremmer velvære, helse, sysselsetting og økonomisk vekst på en bærekraftig og langsiktig måte.

– Vitenskap forandrer verden. Med økende datakapasitet får vi svar på ulike utfordringer innen en rekke ulike forskningsfelt. LUMI åpner nye muligheter for internasjonalt forskningssamarbeid og styrker Finlands profil som et kunnskapsintensivt land, sier Petri Honkonen, vitenskaps- og kulturminister i Finland.

Bringer digitalisering og kunstig intelligens til et nytt nivå

Kunstig intelligenssystemer er basert på krevende maskinlæring ved å utnytte stordata som behøver effektiv beregningskapasitet. LUMI er en av de mest avanserte plattformene for kunstig intelligens. Den kobler sammen beregningskapasitet, kunstig intelligensmetoder (spesielt dyplæring), tradisjonelle storskalasimuleringer og utnyttelse av store datamengder for samtidig å løse én enkelt utfordring. Et eksempel på forskning som tar i bruk kunstig intelligens er en forskningsgruppe ved Universitetet i Tammerfors (Finland) og Stockholms Karolinska Institute (Sverige) som trener kunstig intelligens for diagnostisering og klassifisering av prostatakreft.

– Sammenlignet med tidligere studier er det mulig å gjøre lignende ting, men raskere. Hvis vi for eksempel kan redusere datatiden fra tre dager til tre timer, vil vi kunne teste nye ideer i et raskere tempo. Dette akselererer forskningsprosessen. LUMI tillater også nye typer forskningsspørsmål, og kombinasjonen av ulike datakilder muliggjør modellering av stadig mer kompliserte problemer, forteller postdoktor Kimmo Kartasalo ved Stockholms Karolinska Institute.

LUMI er et nøkkelverktøy når man skal modellere jordens digitale tvilling i Destination Earth-prosjektet, som er nødvendig i forskning knyttet til løsninger på klimaendringer.

– LUMI er en svært attraktiv plattform for flere deler av Destination Earth. En av dem er den faktiske superdataarbeidsbelastningen, ettersom det avanserte Earth-systemet er svært dataintensivt og kan ha stor nytte av GPU-akselerasjonen som LUMI tilbyr. Et annet aspekt er maskinlæring, som er den eneste realistiske måten å trekke ut informasjon fra enorme mengder ulike data som det brede applikasjonsspekteret DestinE vil tjene. Også her tilbyr LUMI enestående muligheter, sier Dr. Peter Bauer, direktør for Destination Earth ved European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF).

Grønt datasenter

En betydelig del av karbonavtrykket til IKT-sektoren kommer i byggefasen. Karbonfotavtrykket til LUMI har blitt betydelig redusert ved å plassere maskinen i lokalene til en tidligere papirfabrikk i Kajaani, slik at den kan utnytte eksisterende kommunalteknikk. Takket være det kjølige klimaet i regionen trengs det svært lite energi for å holde datamaskinen kjølig. Men selv energieffektive superdatamaskiner bruker mye elektrisitet, og måten elektrisiteten skapes på er derfor av stor betydning. LUMI får all sin elektrisitet fra 100% fornybar vannkraft. I tillegg vil spillvarmen som produseres av LUMI bli utnyttet i fjernvarmenettet til Kajaani, noe som betyr at superdatamaskinens totale karbonavtrykk er negativt. Spillvarmen LUMI produserer vil dekke 20% av Kajaanis årlige etterspørsel etter fjernvarme.

Som en indikasjon på energieffektiviteten vant LUMI en internasjonal pris på slutten av 2021 for beste innovasjon for bærekraftig utvikling innen høykapasitets databehandling, og endte på tredjeplass på Green500-listen for superdatamaskiner, offentliggjort i mai 2022.

Kajaani er en ideell plassering for LUMI. Det gir verdi å den sette opp superdatamaskiner på et sted hvor det er mest effektivt med tanke på kostnad, energiforbruk og miljø. Og ved hjelp av effektive telekommunikasjonsforbindelser kan superdatamaskinen som delt ressurs benyttes av forskere uansett hvor de oppholder seg.