miksi suomen tulee investoida tieteellisen laskennan tutkimusinfrastruktuuriin?

Miksi Suomen tulee investoida tieteellisen laskennan tutkimusinfrastruktuuriin?

2016


2

Mihin tieteellistä laskentaa tarvitaan?

2016 - #siksisuper

Kun etsitään ratkaisuja ihmiskunnan suuriin haasteisiin, tieteellinen laskenta on avainasemassa.


32016 - #siksisuper

IlmastonmuutosJäätiköiden sulamisen ja merenpinnan nousun mallintaminenEri osatekijöiden vaikutus ilmastonmuutokseen ja sen ennustaminen yhä täsmällisemmin


42016 - #siksisuper

Terve ihminenParempia syöpädiagnoosityökaluja ja uusia hoitomuotojaTehokkaampaa lääkeainesuunnittelua


52016 - #siksisuper

Puhdas energiaFuusioreaktion mallintaminenTehokkaampia aurinkopaneeleita


62016 - #siksisuper

Avaruuden ihmeetAvaruussää ja sen vaikutukset esim. sähköverkkoihin ja tiedonvälitykseenParempi ymmärrys koko maailmankaikkeudesta


72016 - #siksisuper

Uudet materiaalitAitoa luuta muistuttavat keinoniveletÄlykkäät materiaalit, esim. höyrystymättömät peilit, itsestään puhdistuvat ikkunat ja rikkoutumattomat tuulilasit


82016 - #siksisuper

KoneoppiminenLuonnollisen kielen käsittely, esim. vihapuheen tunnistaminen sosiaalisessa mediassa


9

Arjen helpottaminenPääkaupunkiseudun matka-aikamatriisi (eri kulkumuotojen vertailu) kaupunkisuunnittelun tukena

2016 - #siksisuper


102016 - #siksisuper

”Ilman CSC:n tarjoamia laskentapalveluja olisin jo useita vuosia sitten siirtänyt oman tutkimusryhmäni kokonaisuudessaan Keski-Eurooppaan. CSC:n tarjoamat resurssit ovat ensiarvoisen kriittinen tekijä, joka mahdollistaa lääkeainekemian alan huippututkimuksen pysymisen Suomessa”

Antti Posoprofessori

Itä-Suomen yliopistolääketiede



”Olen ollut CSC:n suurteholaskentapalveluiden käyttäjä koko tieteellisen urani ajan, vuodesta 1993. CSC:n koneet ja asiantuntijapalvelut ovat olleet alusta asti keskeinen mahdollistava tekijä laskennallisen molekyyli- ja materiaalifysiikan alalle sijoittuvassa tutkimustyössäni. Aina näihin päiviin asti tehokas, keskitetty laskentakapasiteetti, joka ei ole ollut alttiina yliopistojen paikalliselle politikoinnille, on tarjonnut kilpailuedun eurooppalaisiin ja yhdysvaltalaisiin kollegoihin nähden. Erinomaiset laskentaresurssit ovat olleet edellytys kansallisen ja kansainvälisen kilpaillun tutkimusrahoituksen saamisessa.”

Juha Vaaraprofessori

Oulun yliopistomolekyyli- ja materiaalifysiikka



“Digitalisaation vallankumouksessa datasta oppiminen on avainasemassa. Tämä ala, jossa tarvitaan laajoja tietokantoja ja suurteholaskentaa, on yksi Suomen tieteen vahvuuksista. Kehityksen kärjessä pysymisen ehtona on, että tutkijoilla on käytössään välttämättömät laskentapalvelut.”

Samuel Kaskiprofessori,

Aalto-yliopisto



“CSC:n tarjoamat laskenta- ja tilaresurssit ovat olleet avainasemassa analysoitaessa uuden sukupolven sekvensointitekniikoiden tuottamia valtavia aineistoja. Resurssien käytön vaivattomuus ja luotettavuus ovat mahdollistaneet keskittymisen pääasiaan eli syöpägenetiikan tutkimukseen.""Nykyisten, satojen teratavujen suuruisten syöpäsekvensointiaineistojen käsittely ei olisi mahdollista ilman erinomaista laskenta- ja tilaresurssi-infrastruktuuria. CSC:n resurssit ovat mahdollistaneet tämän kokoluokan syöpägenetiikan tutkimuksen Suomessa.“"Tutkimusryhmällemme on suuri merkitys sillä, että voimme hakemuksissamme mainita käyttävämme CSC:n laskenta- ja tilaresursseja.“

Professori Lauri Aaltonen ja hänen tutkimusryhmänsä, Helsingin yliopisto



”Laskennalliset tutkimusmenetelmät ja -resurssit ovat myös kokeellisille tutkijoille hyvin tärkeitä, koska ne tehostavat ajankäyttöä ja joskus jopa mahdollistavat lopullisten tulosten syntymisen.”

Mikko Möttönendosentti ja kvanttilaskennan tutkimusprofessori

Aalto-yliopisto, Jyväskylän yliopisto



Supertietokone on valmistuessaan maailmaan tehokkaimpien joukossa:Supertietokone suorittaa välittömästi sen, minkä laskeminen tavallisella kotitietokoneella kestäisi yli ihmisen eliniän.

Supertietokone ei ole monta pientä tietokonetta: Lentokone lentää, mutta edes kymmenellä lento-koneella ei pääse avaruuteen. Supertietokone on kotikoneeseen verrattuna kuin avaruussukkula.

Mikä on supertietokone?

Supertietokone Sisu laskee nyt

1,7 miljoonaa miljardia laskutoimitusta

sekunnissa.

Tarvittaisiin Pasilan linkkitornin korkuinen pino

iPad Aireja vastaamaan Sisun laskentatehoa, mutta

edes ne yhdessä eivät kykenisi voittamaan supertietokonetta!


16

Vahva kasvu ja mahdollisuudet

Esineiden internet tuottaa yhä suurempia datamassoja kaikesta mitä

teemme (IoT + Big Data)

Nousevat tieteenalat,

kuten digitaaliset ihmistieteet

Laskennallisten menetelmien

arkipäiväistyminen,

kuuluvat tutkijoiden

perustyökalupakkiin

Korkeakoulujen lisäksi myös

valtion tutkimuslaitoksill

a kasvavia laskentatarpeita

Tieteellisen laskennan

yhteiskunnallinen

merkittävyys kasvaa

jatkuvasti

2016 - #siksisuper


17

Huippututkimuksen toimintaedellytysten ja kilpailukyvyn varmistamiseksi laitteistoa on uusittava noin neljän vuoden välein

2016 - #siksisuper

Nykytila:

Koneiden käyttöaste hyvin korkea ja jonotusajat kasvussa

odotetusti

Kansainvälisesti kilpailukykyisten resurssien tarjoaminen erittäin suuria

laskentatehoja vaativille Grand Challenge -tutkimuksille

vaikeutuu.


18

Mitä tapahtuu, jos tieteellisen laskennan resursseja ei turvata?

Suomalaisen tieteen kansainvälinen kilpailukyky heikkenee – uhkana aivovuoto.

• Tehokkaat laskentaresurssit ovat välttämättömiä monilla tieteenaloilla, joten riittämättömät investoinnit keskitettyyn tieteellisen laskennan infrastruktuuriin heikentävät suomalaisen tieteen toimintaedellytyksiä.

• Suomen vetovoima kansainvälisessä tutkijaliikkuvuudessa ja Horisontti2020-tutkimusrahoituksen saamisessa heikkenee. • Aivovuoto: Kilpailukyvytön tutkimusinfrastruktuuri voi johtaa tutkijoiden siirtymiseen ulkomaisten instituutioiden palvelukseen.• Vaikka Suomi ei investoi tieteelliseen laskentaan, niin muut maat investoivat. Tämä vaikuttaa suoraan meidän kilpailukykyymme.• Jos investoinnit hajautuisivat pelkästään yksittäisiin yliopistoihin, ei Suomessa olisi yhtään supertietokonetta eikä Suomeen näin

ollen voisi muodostua kriittistä massaa suurteholaskennan osaamisessa.

2016 - #siksisuper


19


Vanhentuva teknologia ja keskitetyn ratkaisun vaarantuminen johtavat energia- ja kustannustehottomuuteen.

• Keskitetyn ratkaisun puuttuessa eri tahot päätyvät rakentamaan omat pienemmän mittakaavan ratkaisunsa. Lopputulos olisi paitsi kilpailukyvytön kansainvälisessä vertailussa, myös kustannustehoton.

• Tyypillisesti laskentainfrastruktuuri pysyy kilpailukykyisenä noin 3–4 vuotta. Vanhentuva laskenta-arkkitehtuuri on merkittävästi uusia laitteita energiatehottomampi. Viimeisen noin kymmenen vuoden ajan prosessorin tarvitsema sähköteho on pysynyt samoissa raameissa, laskentatehon kaksinkertaistuessa parin vuoden välein. Esimerkiksi CSC:n nykyisen supertietokoneen Sisun sähkönkulutus on vain noin 20% suurempi kuin sen edeltäjän Louhen, vaikka sen laskentateho 17 kertaa (1 700%) suurempi.

2016 - #siksisuper


20


Monet yhteiskunnallisesti merkittävät tieteelliset läpimurrot eivät onnistu ilman suurten laskennallisten ongelmien ratkaisua.

• Perinteistä kokeellista tutkimusta täydennetään ja osittain korvataan tietokonesimulaatioilla. Supertietokoneet ovat välttämättömiä esimerkiksi useissa ilmastonmuutokseen, uusiutuvaan energiaan, fuusioenergiaan, avaruuteen, syöpään tai uusiin lääkeaineisiin liittyvissä tutkimuksissa.

• Tutkimus edellyttää yhä kasvavaa laskennallista suorituskykyä sekä massiivisten tietoaineistojen analysointi- ja tallennusmahdollisuuksia.

• Näiden ongelmien ratkaisuilla on usein potentiaalia kaupallisesti kiinnostavien innovaatioiden aihioiksi. Korkeakoulujen tiivis yhteistyö yritysten kanssa, akateeminen yrittäjyys sekä tutkimuslähtöiset startup-yritykset voivat luoda uusia työpaikkoja.

2016 - #siksisuper


21


Suomalainen datakeskusosaaminen sekä merkittävät alueelliset investoinnit kilpailukykyisiin ja kustannus-tehokkaisiin datakeskusratkaisuihin menevät hukkaan.

• Ilman riittävää tieteellisen laskennan infrastruktuuria Suomi ei voi varmistaa tieteellisen laskennan ja datakeskusosaamisen pysymistä Suomessa.

• Suurteholaskentalaitteistojen datakeskuksiin erikoistuneet asiantuntijat joutuvat siirtymään muihin tehtäviin ja menettävät kosketuksen alan kehittymiseen. Tässä hukataan erityisosaamista, joka voisi ylläpidettynä houkutella investointeja Suomeen, esimerkiksi suuren tutkimusinfrastruktuurin kuten CERNin tai Euroopan sääkeskuksen laskentainfrastruktuurin sijoittamisen Kajaaniin.

2016 - #siksisuper


22

Investoiminen kannattaa• Suhteutettuna korkeakoulujen kaikkiin ICT-kuluihin, superkonehankinnan

osuus on pieni.• Nykytasoa vastaavat ns. Tier-1-resurssit ovat pääsylippu

huippututkijoiden tarvitsemien vielä tehokkaampien Tier-0-resurssien (maailman Top10-supertietokoneiden) äärelle.

• Tehokkaat laskentaresurssit ovat auttaneet kotiuttamaan Suomeen miljoonia euroja erittäin kilpailtua ERC-rahoitusta.

• Euroopan komissio on todennut selvityksessään ”High Performance Computing in the EU: Progress on the Implementation of the European HPC Strategy”, että suurteholaskentaan tehtyjen investointien tuottoprosentti on erittäin korkea.

• Dataintensiivinen laskenta mahdollistaa big datan ja Internet of Thingsin hyödyntämisen Suomen kilpailukyvyn edistämiseksi.

2016 - #siksisuper


23

Investoiminen kannattaa• Miksi tieteellisen laskennan tutkimusinfrastruktuuriin kannattaa

panostaa suhteessa esimerkiksi siihen, että sama raha satsattaisiin muutoin koulutuksen ja tutkimuksen tukemiseen? o Supertietokonehankinta ei ole pois muusta tieteen ja koulutuksen

rahoituksesta, vaan päinvastoin: keskitetty ratkaisu esimerkiksi vähentää yliopistojen paineita hankkia omaa laskennallisen tutkimuksen infraa.

• Tieteelliseen laskentaan investoimalla saadaan hyöty tutkimukselle hyvin laajalla alueella – laskentaresursseja tarvitaan lähes jokaisella tieteenalalla.

#siksisuper2016 - #siksisuper

miksi suomen tulee investoida tieteellisen laskennan tutkimusinfrastruktuuriin?

Government & Nonprofit