Hyödyt tutkijalle

Supertietokoneet ja laskennallinen tiede ovat avainasemassa, kun etsimme ratkaisuja ihmiskunnan suuriin haasteisiin. Voimme tietokonesimulaatioiden avulla tutkia muun muassa ilmastonmuutosta ja jäätiköiden sulamista, ratkaista uusiutuvaan energiaan ja fuusioenergiaan liittyviä kysymyksiä ja etsiä uusia entistä tehokkaampia lääkeaineita moniin sairauksiin. Digitalisaatio ja kasvavat datamäärät ovat tuoneet myös humanistit ja yhteiskuntatieteilijät laskennallisten menetelmien käyttäjiksi.

Suomen supertietokoneet mahdollistavat osaavan tutkijayhteisön muodostumisen, kansainvälisen yhteistyön ja pääsyn todella suuriin eurooppalaisiin laskentaresursseihin.

Supertietokonehankinnan valmistelun aikana määriteltiin tulevia laskennallisen ja datakeskeisen tutkimuksen tarpeita, joihin seuraavan sukupolven laskentaympäristö vastaa. Lue lisää käyttötapauksista täältä.

 

Tutkijoiden suusta:

Jos minä olen karhulauman johtaja, niin CSC:n uusi supertietokoneympäristö avaa tutkimusryhmälleni ison hunajapurkin. Yksi elämäntieteiden keskeisimmistä tavoitteista on ymmärtää, kuinka solukalvoproteiinit ohjaavat solujen toimintoja. Nämä proteiinit aktivoituvat noin millisekunnissa, mikä saattaa kuulostaa lyhyeltä, mutta atomitason tietokonesimulaatioiden kannalta näiden aikaskaalojen saavuttaminen on tähän saakka ollut täysin tavoittamattomissa.

Nyt käyttöön otettavalla kapasiteetilla pystymme lopulta saavuttamaan tämän kriittisen rajan ja siten selvittämään yksityiskohtaisesti, kuinka solukalvoproteiinit toimivat ja kuinka niiden toimintahäiriöt johtavat sairauksiin. Nämä tieteelliset läpimurrot mahdollistava resurssi on alallamme ainutlaatuinen myös maailmanlaajuisesti.

Ilpo Vattulainen
Professori, biologinen fysiikka
ProLipids – Center of Excellence in Biomembrane ResearchHelsingin yliopiston Fysiikan laitos  ja Tampereen teknillisen yliopiston Fysiikan laboratorio

 

CSC:n laskentaympäristön päivittäminen on hieno juttu myös sellaisen humanistisen tutkimuksen kannalta, jossa tarvitaan suurteholaskentaa ja käytetään aktiivisesti CSC:n tarjoamia pilvipalveluja. Esimerkiksi johtamani Helsinki Computational History Group käyttää näitä hyödyksi päivittäin erilaisten teksti- ja metadata-aineistojen käsittelyssä ja analysoinnissa.

Suomessa olemme humanisteina olleet CSC:n palveluiden kautta jo pidempään etuoikeutetussa asemassa suhteessa moniin kansainvälisiin kollegoihin. Nyt kun palveluita kehitetään yhdessä myös meidän tarpeista lähtien eteenpäin, tulevaisuus näyttää erittäin mielenkiintoiselta.

Mikko Tolonen
Laskennallisia menetelmiä käyttävä tutkija, historia, Helsingin yliopisto

 

Uuden sukupolven supertietokone tulee merkittävästi parantamaan laskennallisen tieteen kansallisia resurssejamme. Se vahvistaa tutkijoidemme kilpailukykyä kovassa kansainvälisessä kilpailussa ja mahdollistaa huippututkijoiden pysymisen kansainvälisessä eturintamassa.

Nanotieteen alalla eräs lähivuosien haasteista on nanomateriaalien ja biologisen materiaalin rajapintojen rakenteen, dynamiikan ja ominaisuuksien parempi ymmärtäminen. Tähän haasteeseen päästään entistä paremmin vastaamaan uuden laitteiston tuoman laskentakapasiteetin avulla.

Hannu Häkkinen
Akatemiaprofessori, laskennallinen nanotiede, Jyväskylän yliopisto
Highly cited researcher 2018 (Clarivate Analytics)

 

Käytän CSC:n supertietokoneita Auringon ja tähtien virtausten ja magneettikenttien sekä muiden turbulenttien virtausten mallinnukseen. Tutkimuksen yhtenä pitkän tähtäimen tavoitteena on johdonmukaisesti selittää Auringon ja tähtien magneettinen aktiivisuus fysikaalisista perusteista lähtien. Tämän tiedon avulla voidaan varautua esimerkiksi avaruussään vaikutuksiin satelliittipaikannuksessa ja avaruuslentojen suunnittelussa. Turbulenssi taas on klassisen fysiikan suurin ratkaisematon ongelma, jolla on sovelluksia polttomoottoreista galakseihin.

Tarkempien simulaatioiden tekeminen vaatii koko ajan suurempaa resoluutiota, joka heijastuu entistä suurempina laskentakapasiteettitarpeina. CSC:n uuden supertietokonehankinnan avulla oma tieteenalamme ja muu Suomessa tehtävä tutkimus pysyvät laskennallisen tieteen ehdottomassa eturintamassa.

Maailmalla kilpailu resursseista on kovaa ja ensiluokkaisen laskentakapasiteetin ylläpito Suomessa tehtävälle tutkimukselle on välttämätöntä. Oman kokemukseni perusteella CSC:n palvelut ovat kansainvälisesti verrattuna erittäin korkeatasoisia, ja uusi supertietokone tulee vahvistamaan tätä entisestään.

Kiitos CSC:n tarjoamien erinomaisten laskentainfrastruktuurien, ryhmämme on pärjännyt kansainvälisessä kilpailussa erinomaisesti (valinta kansalliseen huippuyksikköohjelmaan 2014–2019, DFG Heisenberg fellowship 2018–2022, ERC Consolidator Grant UniSDyn, 2019–2023), ja resurssien pysyminen vastaavalla tasolla tulevaisuudessa on avain tällaisen menestymisen jatkumiseen.

Petri Käpylä
tutkija, astrofysiikka
Reseach Fellow, ReSoLVE Huippuyksikkö / Tietotekniikan laitos, Aalto-yliopisto ja Heisenberg Fellow, Georg-August-Universität Göttingen, Saksa

 

Olemme yhdessä ryhmäni kanssa kehittäneet maailman tarkimman avaruuden olosuhteita mallintavan simulaation nimeltä Vlasiator. Tulemme hakemaan aikaa Vlasiatorin ajamiseen. Olemme siirtymässä juuri viisiulotteisesta mallinnuksesta kuusiulotteiseen mallinnukseen, joten hankinta tulee aivan loistavaan saumaan.

Uusi investointi tekee työni mahdolliseksi ylipäätään. Vlasiator vaatii supertietokonekapasiteettia, ja se on teknisesti eturintaman koodi käyttäen uusimpia rinnakkaislaskennan tekniikoita. Mutta laskennallinen haaste on valtava: Kattaa koko lähiavaruus tarkasti kuudessa ulottuvuudessa, ja suorittaa laskenta lineaarisesti skaalautuen. Vaikka olemme jo nyt viisiulotteisella Vlasiatorilla mullistaneet avaruusfysiikan mallinnuksen, kuusiulotteinen mallinnus tulee näyttämään valoa avaruusfysiikan visaisimpiin ongelmiin, joita ei ole vuosikymmeniin pystytty ratkaisemaan satelliittidatan harvalukuisuuden ja mallinnusmenetelmien yksikertaistusten takia.

Kun avaruuden olosuhteet tunnetaan sekä pienessä että suuressa mittakaavassa, tulee siitä kolmenlaista hyötyä: Ensinnäkin perusplasmafysiikan osaaminen harppaa eteenpäin. Toiseksi, sitten avaruuden olosuhteita voidaan paremmin ennustaa. Tämä on tärkeeä, sillä nyt jo suuri osa yhteiskunnan kriittisestä infrastruktuurista on avaruussäälle alttiina. Kolmanneksi, Vlasiatorin uusimpien tekniikoiden käyttäminen skaalassa suurimmissa superkoneissa mahdollistaa myös rinnakkais- ja superkoneteknologioiden edistymisen. Vlasiatorin avulla Suomi voi olla kaikkien näiden edellämainittujen alojen kärjessä maailmassa.

Minna Palmroth
Laskennallisen avaruusfysiikan professori, Helsingin yliopisto
Minna Palmrothin verkkosivu

 

CSC:n uusi järjestelmä mahdollistaa syöpä- ja antibioottilääkkeiden suunnittelussa kokonaan uudenlaisen lähestymistavan. Aiemmasta poiketen voimme nyt käsitellä lääkkeitä ja niiden kohdeproteiineja dynaamisina kokonaisuuksina.

Tämä mahdollistaa myös kokonaan uusien lääkevaikutuskohteiden huomioon ottamisen ja viime kädessä johtaa parempiin ja tehokkaampiin lääkeaineisiin.

Antti Poso
Professori, lääkeaineen suunnittelu, Itä-Suomen yliopisto ja Tübingen yliopiosto (Saksa)

 

With current resources we always had to choose realistic length scales or realistic time scales i.e. if it’s big, we can’t afford to let it move. Now we can let the big things move.

A clear example would be in a project where we are studying the differences in force to penetrate healthy and cancerous cell membranes. Currently we model the membrane and penetrating tip as effectively semi-rigid on the timescales we can manage, and do not include solution effects – this is a pretty crude approximation. With the upgrade, we will be able to include the full dynamics on reasonable timescales and also simulate the the surrounding water and its entropic contributions to the force.

Adam Foster
Department of Applied Physics, Aalto University

 

Uudessa laskentaympäristössä tutkimusryhmäni tulee hyödyntämään dataintensiiviseen laskentaan erikoistunutta laskenta- ja tallennuskapasiteettia uusien rinnakkaisalgoritmien kehittämiseen, ihmisgenomin analysointiin sekä myös muiden uusien rinnakkaista laskentaa hyödyntävien datatieteen sovellusten luomiseen. Kilpailukykyinen laskentainfrastruktuuri on välttämätön uusien datatieteen ja tekoälyn sovellusten kansainvälisesti kilpailukykyisessä tutkimuksessa.

Keijo Heljanko
Professori, Tietojenkäsittelytieteen osasto, Helsingin yliopisto sekä Varajohtaja (Vice Director), HiDATA Helsinki Center for Data Science

 

“Meidän tutkimuksemme keskittyy sähkökemiallisten katalyyttien kehittämiseen. Näitä katalyyttejä voidaan käyttää muun muassa polttokennoissa ja siten vedyn hyödyntämisessä polttoaineena. Nykyiset katalyytit ovat joko kalliita tai melko tehottomia, joten laskennallisesti yritämme ymmärtää katalyysiprosesseja ja seuloa uusia parempia katalyyttejä.  Tämä tarkoittaa lukuisia DFT-pohjaisia laskuja. Sovellamme myös koneoppimista tulosten analyysiin.

Laajemmin lisääntynyt laskentateho mahdollistaa uusien materiaalien seulonnan lukuisiin eri sovelluksiin, kuten katalyysiin, aurinkokennoihin tai biomateriaaleihin. Mielestäni materiaalitutkimus on siirtymässä uuteen aikakauteen, jossa molekyylitason mallintaminen tulee ohjaamaan materiaalikehitystä. Tämä muuttaa myös laskentatarpeita – laskentaongelmien koko ei ehkä merkittävästi kasva, mutta niiden lukumäärä kasvaa huomattavasti. Tämän tyyppisten laskentaprojektien hallinnointi ja erityisesti analyysi tulee olemaan haastavaa.”

Kari Laasonen
professori, Aalto-yliopisto

 

“Uusi supertietokone tulee ryhmällemme mahdollistamaan kansainväliselle huipulle pääsemisen kuumalla tutkimusalallallamme eli elektronieksitaatiot materiaaleissa säteilyn aikana. Laskut ovat erittäin haastavia laskennallisesti, ja kilpailukykymme vaatii, että laskuja voi tehdä kymmenillä tuhansilla ytimillä. Uusi supertietokone tulee mahdollistamaan tämän.”

Kai Nordlund
professori, laskennallinen materiaalifysiikka,
Helsingin yliopisto