- Supertietokoneiden ja tekoälyn avulla on mahdollista luoda planeetan, kaupunkien ja ihmiselimien digitaalisia kaksosia monimutkaisten skenaarioiden simuloimiseksi ja ennakoimiseksi.
- Eurooppa edistää hankkeita, kuten Destination Earth, LUMI ja BSC, yhdistämällä supertietokoneita, keskusverkostoja ja omien sirujen kehittämistä.
- Tekoälyn painopiste on siirtymässä massiivisesta koulutuksesta päättelyyn, ja uusia palvelimia, tietokoneita ja jopa pöytätietokoneita valmistellaan tekoälyä varten.
- Espanja osallistuu tähän kilpailuun MareNostrumin, Espanjan supertietokoneverkon, ja järjestelmien, kuten Picasson, kanssa, jotka tarjoavat palveluja tieteelle, teollisuudelle ja yhteiskunnalle.
Supertietokoneista ja tekoälystä on tullut kuumin parivaljakko nykyteknologiassa. Emme enää puhu vain valtavista, tieteellisten bunkkereiden sisään kätketyistä datakeskuksista, vaan koneista, jotka kykenevät luomaan planeetan, ihmissydämen tai kokonaisen kaupungin digitaalisia kaksosia, ja jopa pöytätietokoneista, jotka mahtuvat (enemmän tai vähemmän) toimistopöydän alle.
Samaan aikaan koemme tekoälyn vaihemuutoksen: jättimäisten mallien kouluttamisen buumista olemme siirtyneet pakkomielteeseen päättelystä – eli näiden mallien täydestä kapasiteetista hyödyntämiseen jokapäiväisissä tehtävissä. Laitevalmistajat, tutkimuskeskukset ja yliopistot kilpailevat nyt tarjotakseen kaikkea supertietokonekeskuksista, kuten Barcelonan supertietokonekeskuksesta (BSC) tai eurooppalaisesta LUMIsta, kompakteihin palvelimiin ja tekoälyvalmiisiin tietokoneisiin, jotka tuovat eräänlaisen "mini-supertietokoneen" työpöydälle.
Mitä supertietokoneet oikeastaan ovat ja miten niiden tehoa mitataan?
Kun puhumme supertietokoneista, emme tarkoita tehostettua PC:tä, vaan pikemminkin tuhansien tietokoneiden klustereita, jotka toimivat koordinoidusti ikään kuin ne olisivat yksi kone. Jokainen näistä tietokoneista on solmu, jolla on omat suorittimensa, näytönohjaimensa, RAM-muistinsa ja tallennustilansa, jotka kaikki on yhdistetty ultranopeilla yhteenliitäntöverkoilla, jotka minimoivat viiveen , joka on suorituskyvyn suurin vihollinen.
Näiden koneiden teho ilmaistaan FLOPS-yksiköissä (liukulukuoperaatioita sekunnissa) . Kotona tehokas tietokone voi toimia teraFLOPS-luokassa (TFLOPS). Supertietokoneissa pelaamme eri luokassa: on yleistä puhua petaFLOPS-luvuista ( 10¹⁵ operaatiota sekunnissa) ja edistyneimmissä järjestelmissä eksaFLOPS-luvuista ( 10¹⁸ ). Yhdysvalloissa sijaitseva Frontier oli ensimmäinen, joka virallisesti rikkoi eksaskaalan esteen.
Jotta saisit käsityksen, moderni supertietokone voi suorittaa tunnissa sen, minkä laskemiseen kotitietokoneelta kestäisi vuosia . Tämä uskomaton laskentateho antaa meille mahdollisuuden simuloida kaikkea hurrikaaneista proteiinidynamiikkaan tai kouluttaa tekoälymalleja biljoonilla parametreilla.
Miltä supertietokoneet fyysisesti näyttävät ja miksi ne tarvitsevat niin paljon jäähdytystä?
Visuaalisesti supertietokone ei näytä lainkaan tyypilliseltä pöytätietokoneelta. Se muistuttaa yleensä huonetta, joka on täynnä metallikaappeja , joista jokaisessa on satoja tai tuhansia prosessoreita, näytönohjaimia ja kiintolevyjä. Teho on niin valtava, että energiankulutus voi nousta useisiin megawatteihin , ja merkittävä osa tästä energiasta menee hukkaan lämpönä.
Siksi nämä järjestelmät tarvitsevat erillisiä huoneita, joissa on äärimmäisen tehokas jäähdytys : teollinen ilmastointi, kuumat ja kylmät käytävät, suora nestejäähdytys sirulle ja jopa luovia ratkaisuja lämmön hyödyntämiseksi. Esimerkiksi Sveitsissä supertietokoneen lämpöä käytetään uudelleen yliopistorakennusten lämmittämiseen , jolloin ongelmasta tulee etu.
Joissakin tapauksissa käytetään erittäin kehittyneitä turva- ja suojausjärjestelmiä, kuten lasikoteloita, joissa on erityiset palonsammutusjärjestelmät , jotka käyttävät mikronisoitua vettä, joka kykenee sammuttamaan tulipaloja vahingoittamatta elektroniikkaa. Näin on alkuperäisen MareNostrumin tapauksessa Barcelonassa, joka on asennettu Katalonian ammattikorkeakoulun kappeliin: luultavasti yksi maailman epätavallisimmista paikoista sijaitsevista supertietokoneista.
Digitaalinen kaksonen vallankumous: Maasta ihmisen sydämeen
Supertietokoneiden ja tekoälyn yhdistelmä on keskeisen konseptin taustalla: digitaaliset kaksoset . Nämä eivät ole pelkästään virtuaalimalleja, vaan dynaamisia kopioita, jotka integroivat reaalimaailman dataa lähes reaaliajassa simuloidakseen, ennakoidakseen ja optimoidakseen fyysisessä maailmassa tapahtuvia asioita.
Euroopassa Euroopan komissio edistää Destination Earth (DestinE) -ohjelmaa , jonka tavoitteena on kehittää erittäin tarkka digitaalinen kaksoiskopio Maasta muutaman vuoden kuluessa. Supertietokoneiden, kuten Euroopan unionin tehokkaimman LUMIn , ansiosta voidaan suorittaa erittäin tarkkoja, pitkän aikavälin ilmastosimulaatioita, joissa ilmakehä, valtameret ja maanpinta otetaan huomioon yksityiskohtaisesti tasolla, joka oli vielä äskettäin mahdollista vain hyvin lyhyen aikavälin säämalleilla.
HPE HPC/AI EMEA -tutkimuslaboratorion johtajan Utz-Uwe Hausin mukaan tämä ominaisuus mahdollistaa äärimmäisten tapahtumien paremman ymmärtämisen katastrofien hallintaa varten, ilmastonmuutosskenaarioiden tutkimisen sekä jäätiköiden, merijään, kasvillisuuden ja aerosolien vaikutusten arvioinnin maapallon ilmastoon. Mutta se mahdollistaa myös jotain hyvin käytännöllistä: paikallisten vaikutusten ennustamisen valtavalla tarkkuudella, kuten keskimääräisen sademäärän, kuivuuden tai tulvien alueen tai kaupungin tasolla.
Tällä on suoria seurauksia maataloussuunnitteluun ( mitkä viljelykasvit ovat kannattavia tietyllä alueella ja millä riskillä), uusiutuviin energialähteisiin tehtäviin investointeihin (auringonpaisteen ja tuulen tuntien ennustaminen vuosikymmenten päähän) ja infrastruktuurisuunnitteluun. Se on selkeä esimerkki siitä, kuinka supertietokoneet lakkaavat olemasta abstrakteja ja alkavat vaikuttaa hyvin konkreettisiin taloudellisiin päätöksiin.
Digitaaliset kaksoset kaupungeissa, joissa ja satamissa
Digitaaliset kaksoset eivät rajoitu pelkästään globaaliin ilmastoon. Barcelonan metropolialueella on 164 kunnan digitaalinen kaksonen, joka mahdollistaa kaupunki-, talous-, liikkuvuus-, asumis- ja tietoskenaarioiden simuloinnin tulevina vuosikymmeninä. Käytäntöjä ja suunnitelmia voidaan testata tällä virtuaalikopiolla ennen päätöksentekoa tosielämässä.
Satama- ja jokiliikennealalla Sevillan satama kehittää osana digitalisaatiosuunnitelmaansa Guadaltwinia, Guadalquivirin vesiväylän digitaalista kaksoisolentoa. Tämä järjestelmä yhdistää tekoälyn ja koneoppimisen parantaakseen ennusteita ja päätöksiä jokiliikenteen, syväyksen hallinnan, vuoroveden, infrastruktuurin ja turvallisuuden suhteen.
Digitaaliset kaksoset ovat alkaneet tehdä tuloaan teollisuuteen jopa näennäisesti erilaisilla aloilla, kuten korkeaenergisessä fysiikassa ja muodissa. CERN tutkii, miten näitä malleja voidaan käyttää hiukkasfysiikan kokeissa, robotiikassa ja jäähdytysjärjestelmissä, ja yritykset, kuten H&M, ovat luoneet digitaalisia kopioita ihmismalleista mainoskampanjoita varten, mikä on herättänyt keskustelua kuvaoikeuksista ja luovan työn tulevaisuudesta.
Ihmiskeho seuraavana suurena digitaalisena kaksosena
Yksi kunnianhimoisimmista haasteista on terveydenhuolto. Steven Niedererin kaltaiset tiimit Imperial College Londonissa työskentelevät yksittäisten sydämien digitaalisten kaksosten parissa, joilla on erityinen muoto, koko ja toiminta. Nämä mallit mahdollistavat leikkausten ja hoitojen simuloinnin ilman riskiä potilaalle, ja niitä käytetään jo kliinisissä tutkimuksissa ja interventiosuunnittelussa.
Valencian polyteknisen yliopiston tutkijat, kuten Andreu Climent ja María de la Salud Guillem, uskovat, että nämä digitaaliset sydänkaksoset ovat avainasemassa monimutkaisten rytmihäiriöiden hoidossa, defibrillaattorin käyttäjistä hyötymisen määrittämisessä ja äkkikuoleman riskin ennakoinnissa. Pitkän aikavälin tavoite on vieläkin kunnianhimoisempi: rakentaa täydellinen digitaalinen kaksonen ihmiskehosta , joka mahdollistaa hoitojen testaamisen, lääkeannosten säätämisen ja lääketieteen personoinnin täysimääräisesti.
Tekoäly, supertietokoneet ja siirtyminen koulutuksesta päättelyyn
Vuosien ajan suurin osa tekoälyinvestoinneista on mennyt yhä suurempien mallien kouluttamiseen, erityisesti generatiivisessa tekoälyssä. Nykyään painopiste on selvästi siirtymässä päättelyyn : mallien käyttämiseen skaalautuvasti tuotannossa, jatkuvasti ja pienemmillä operaatiokustannuksilla.
Tämä muutos oli selvästi havaittavissa CES 2026 -messuilla . Valmistajat, kuten Lenovo, julkistivat erityisesti päättelyyn suunniteltuja palvelimia, kuten ThinkSystem SR675i, SR650i ja ThinkEdge SE455i , jotka ovat valmiita suorittamaan tekoälymalleja lähellä tietolähdettä, niin sanotulla reunalla.
Corsair-ekosysteemiin kuuluva Origin PC on esitellyt S-Class Edge AI Developer Kitin , kompaktin ja käyttövalmiin alustan tekoälyn kehittämiseen verkon reunalla. Ajatuksena on, että pienet kehitys- tai tutkimusryhmät voivat testata ja ottaa käyttöön tekoälyä ilman, että heidän tarvitsee aina luottaa pilveen tai massiivisiin ulkoisiin datakeskuksiin.
Useimmat CES-messuilla läsnä olleet PC-valmistajat seurasivat samaa polkua: Acer RA100-tekoälyminiasemallaan ja päivitetyillä Veriton-pöytätietokoneillaan; LG GRAM kahdella tekoälyominaisuudella (paikallinen + pilvi); Asus uusilla Vivobook-kannettavilla ja tekoälyn kanssa työskenteleville luoville suunnittelijoille suunnatulla ProArt PX13 -hybridikannettavalla; Dell päivittää XPS -mallistonsa tekoälytyökuormia varten; ja HP päivittää EliteBookin, EliteBoardin, Omnibookin ja OmniStudion, jotka kaikki on varustettu tekoälykiihdytyksellä ja datateholla.
Supertietokoneita pöytätietokoneina: ”pöytätietokoneen supertietokone”
Yksi erityisen mielenkiintoinen trendi on paikallinen supertietokoneiden käyttö , jossa koneet tarjoavat uskomattoman tehon pöytätietokonemuodossa, vaikka ne eivät ylläkään kansallisen keskuksen mittakaavaan. CES 2026 -messuilla Gigabyte (tytäryhtiönsä Giga Computingin kautta) esitteli Gigabyte W775-V10:n , todellisen "pöytätietokoneen supertietokoneen".
Tämä järjestelmä integroi NVIDIAn tekoälypinon ja NVIDIA GB300 Grace Blackwell Ultra Desktop -kiihdyttimen muiden huipputason komponenttien ohella. Sen tavoitteena on mahdollistaa tekoälytiimien kouluttaa ja päätellä monimutkaisia malleja ilman, että he ovat riippuvaisia pilvestä tai ulkoisista datakeskuksista, samalla säilyttäen täydellisen hallinnan datasta ja suoritusympäristöstä.
Sen ohella CES on uudistanut komponenttien ekosysteemiä: uudet Intel Core Ultra -suorittimet , uudet AMD Ryzen -prosessorit, Qualcommin Snapdragon X2 Plus -siru , Kioxian BG7 SSD -levyt, Gigabyten edistynyt DDR5-muisti ja MSI:n päivitetyt emolevyt, jotka kaikki on suunniteltu tukemaan data- ja tekoälyintensiivisiä työkuormia.
Oheislaitteiden osalta tuotemerkit, kuten Corsair, esittelivät uusimpia huippuluokan hiiriään ja näppäimistöjään, kun taas Anker, eufy ja Soundcore keskittyivät verkkoon kytkettyihin laitteisiin. Jopa joitakin kiehtovia laitteita ilmestyi, kuten Plaud Notepin S , pieni tekoälyllä toimiva muistiinpanolaite.
Mihin supertietokoneita käytetään nykyään: COVIDista ilmanlaatuun
Supertietokoneita käytetään lähes aina edistyneeseen tutkimukseen aloilla, joilla tavallisella tietokoneella menisi kirjaimellisesti ikuisuus laskemiseen. Niiden klassisia käyttötarkoituksia ovat meteorologia ja ilmasto , maanjäristysten simulointi, astrofysiikan, geofysiikan, biologian, lääketieteen, lääkesuunnittelun ja ilmailutekniikan tutkimus.
COVID-19-pandemian aikana useita supertietokoneita käytettiin virusproteiinien käyttäytymisen simulointiin, molekyyliyhdistelmien testaamiseen ja lääketutkimuksen nopeuttamiseen. Massiiviset simulaatiot mahdollistivat tutkijoiden hylkäämisen lupaamattomista lähestymistavoista ja keskittyä yhdisteisiin, joilla oli suurin onnistumistodennäköisyys.
Barcelonan supertietokonekeskuksen kaltaiset keskukset ovat osoittaneet hyvin konkreettisia esimerkkejä: anturidatan ja virtausdynamiikan mallien avulla ne ovat kouluttaneet neuroverkkoja ohjaamaan polttolaitoksia ja parantamaan polttoaineen käyttöä vähentämällä päästöjä; tai ennustamaan ilmanlaatua suurissa kaupungeissa huomattavan tarkasti vuosien historiallisen datan perusteella.
Toinen silmiinpistävä esimerkki on AlphaFold , DeepMindin järjestelmä proteiinien laskostumisen ennustamiseen niiden aminohapposekvenssin perusteella. Tämä Nobel-palkinnon tason ongelma on hyötynyt tekoälyn, big datan ja supertietokoneiden räjähdysmäisestä yhdistelmästä . Vaikutus biolääketieteeseen ja lääkesuunnitteluun on ollut valtava, siinä määrin, että kymmenettuhannet tutkijat maailmanlaajuisesti käyttävät sen tuloksia jo päivittäin.
Supertietokoneiden yleisiä käyttötarkoituksia
- Sää- ja ilmastoennusteet keskipitkällä ja pitkällä aikavälillä.
- Maanjäristysten, tsunamien ja luonnonkatastrofien simulointi vahinkojen vähentämiseksi.
- Lentokoneiden, ajoneuvojen ja rakettien suunnittelu ja testaus aerodynaamisten mallien avulla.
- Lääkkeiden löytäminen ja suunnittelu ja molekyylivuorovaikutustutkimukset.
- Astrofysiikka ja kosmologia: galaksien, tähtien ja mustien aukkojen muodostuminen.
- Ilmanlaatu ja ilmakehän koostumus alueilla ja kaupungeissa.
- Big Data ja sosiaalinen simulointikulttuurinen evoluutio, väestönliikkeet, älykaupungit.
- Turvallisuus ja puolustusydinaseiden simulaatiosta tutkien ja monimutkaisten järjestelmien digitaalisiin kaksosiin.
Missä sijaitsevat suuret supertietokoneet ja mikä on Espanjan rooli?
Top500 -lista kokoaa ja asettaa paremmuusjärjestykseen maailman 500 tehokkainta supertietokonetta kahdesti vuodessa vuodesta 1993 lähtien. Vaikka Kiina on listan ykkönen järjestelmien lukumäärässä, Yhdysvallat säilyttää johtoaseman kokonaistehossa , erityisesti Frontierin kaltaisten koneiden kohdalla.
Nykyisten jättiläisten joukossa ovat japanilainen Fugaku , joka oli edelläkävijä vuosia; Yhdysvalloissa sijaitseva Summit ja Sierra ; sekä Kiinassa sijaitseva Sunway TaihuLight ja Tianhe-2A , jotka myös pitivät aikoinaan kärkisijaa. Italiassa on järjestelmät, kuten HPC5 ja Marconi-100 , ja Sveitsissä on Piz Daint , joka on pitkäaikainen johtaja Euroopassa.
Espanjassa vertailukohtana on MareNostrum Barcelonan supertietokonekeskuksessa. Ensimmäisestä versiostaan vuonna 2004, jonka noin 42,4 teraFLOPIA, se on skaalautunut nykyiseen MareNostrum 4:ään, jonka noin 13,7 petaFLOPIA . Seuraava sukupolvi, MareNostrum 5, edustaa useiden kertaluokkien harppausta tehon ja energiankulutuksen suhteen ja on osa eurooppalaista strategiaa eksa-skaalan infrastruktuurin kehittämiseksi.
Erityisen tärkeä verkosto on Espanjan supertietokoneiden verkosto (RES) , joka yhdistää eri autonomisilla alueilla sijaitsevia keskuksia ja koneita ja tarjoaa palveluja tutkijoille koko maassa. Tämän pohjalta on luotu myös iberoamerikkalainen supertietokoneiden verkosto , joka yhdistää resursseja esimerkiksi Meksikosta ja muista Latinalaisen Amerikan kumppaneista yhteishankkeisiin.
Alueellisella tasolla erottuvat joukosta esimerkiksi Málagan yliopiston Picasso-supertietokone , jossa on noin 40 000 laskentaydintä ja 180 Tt RAM-muistia. Picasso palvelee sekä yliopiston omia tutkijoita että andalusialaisia käyttäjiä Andalusian bioinformatiikan alustan kautta sekä tutkijoita kaikkialta Espanjasta RES:n (Spanish Network for Bioinformatics) kautta.
Nämä järjestelmät toimivat lähes aina Linuxissa tai sen johdannaisissa avoimen lähdekoodin luonteensa, vakautensa ja muihin kaupallisiin käyttöjärjestelmiin verrattuna alhaisen resurssienkulutuksensa vuoksi. Tälle perustalle on rakennettu erikoistunut ja hienostunut tieteellisten työkalujen, ohjelmointiympäristöjen ja tekoälykirjastojen ekosysteemi.
Referenssikeskukset: Barcelonan supertietokonekeskus ja eurooppalainen kilpailu omasta laitteistosta
Barcelonan supertietokonekeskus (BSC) on yksi Euroopan johtavista toimijoista supertietokoneiden ja tietokonearkkitehtuurin tutkimuksessa. Mateo Valeron vuosikymmeniä johtama BSC on kasvanut yhden supertietokoneen hallinnoinnista keskukseksi, jossa on yli tuhat ihmistä yli 50 maasta. Keskus on organisoitu tietojenkäsittelytieteen, biotieteiden, maatieteiden ja yhteiskunnallisten sovellusten laitoksiin.
Yksi BSC:n erottavista piirteistä on, että se ei ainoastaan operoi koneita, vaan se myös kehittää omia ohjelmistojaan, algoritmejaan ja jopa prosessoreitaan . Se on ollut vuosien ajan mukana eurooppalaisissa projekteissa, kuten EuroHPC: ssä , ja aloitteissa, kuten European Processor Initiative (EPI), sekä avoimiin arkkitehtuureihin, kuten RISC-V: hen , perustuvissa eurooppalaisissa siruissa tavoitteenaan vähentää Euroopan riippuvuutta amerikkalaisista ja aasialaisista valmistajista.
Yhteistyössä muiden kumppaneiden kanssa BSC on edistänyt vektoriprosessorien prototyyppejä , ARM- ja RISC-V-pohjaisia alustoja sekä kokonaista malliperhettä, joiden nimiin kuuluvat muun muassa Turtle, Lizard ja Chameleon . Näiden mallien monimutkaisuus on kasvanut sukupolven myötä. Tavoitteena on luoda keskipitkällä aikavälillä siruja, jotka pystyvät käyttämään "MareNostrum 6" -supertietokoneita Euroopassa kehitetyllä kriittisellä laskentateknologialla.
Tämä pyrkimys sijoittuu epämukavaan todellisuuteen: Eurooppa suunnitteli aiemmin osan ARM-arkkitehtuurista, mutta ARM:n myynti Euroopan ulkopuolisille yrityksille ja omien suurten valimoiden puute ovat jättäneet mantereen epävarmaan asemaan . Vaikka jotkin aloitteet, kuten Yhdysvaltojen takaama TSMC:n edistynyt tuotanto Arizonassa tai Saksan ja Ranskan huomattavilla julkisilla tuista houkuttelemat sirutehtaat, tapahtuvat Espanjassa, Espanjan haasteena on yhdistää suunnittelu, valmistus ja teollinen ekosysteemi suhteellisen vähäisemmällä resurssilla.
Tässä yhteydessä Espanjan strategiaan kuuluu BSC:n kaltaisten keskusten vahvistaminen, RES:n kaltaisten verkostojen edistäminen, avoimen sirun projektien tukeminen ja erittäin kysyttyjen tietokonearkkitehtuurin ja tekoälyn ammattilaisten kouluttaminen. Ei ole sattumaa, että – kuten keskuksen omat johtajat myöntävät – näille aloille erikoistuneet tohtorit saavat yksityiseltä sektorilta tarjouksia, joiden palkkoja on vaikea verrata akateemiseen maailmaan, mikä tekee osaajien pitämisestä haastavaa.
Samaan aikaan muut espanjalaiset yliopistot vahvistavat infrastruktuuriaan, kuten Málagan Picasso-instituutti ja koko maassa sijaitsevat RES-solmut osoittavat. Monissa tapauksissa nämä järjestelmät palvelevat hiukkasfysiikkaa , ilmastonmuutostutkimuksia, insinööritieteitä, bioinformatiikkaa ja älykaupunkihankkeita, mikä osoittaa, että supertietokoneet eivät ole enää vain harvojen ja valittujen laboratorioiden ylellisyyttä.
Kokonaiskuvaa tarkasteltaessa on selvää, että supertietokoneista on tullut laboratorio-omituisuudesta kriittinen infrastruktuuri ilmaston, terveyden, turvallisuuden, talouden ja jopa kaupunkien, ajoneuvojen ja lääkkeiden suunnittelun kannalta. Samaan aikaan tekoälyn siirtyminen laboratoriosta tuotantoon ja digitaalisten kaksosten nousu tuovat osan tästä tehosta erikoistuneille palvelimille ja jopa insinöörien ja tiedemiesten työpöydille. Tämä luo skenaarion, jossa supertietokoneet eivät suinkaan katoa kokonaan, vaan niistä on tulossa yhä enemmän osa jokapäiväistä elämäämme, vaikka emme usein huomaakaan sitä.
