Nenápadná kancelářská budova v areálu Vysoké školy báňské v Ostravě v sobě skrývá technologie, které pomáhají vědcům z celé Evropy. Své sídlo zde totiž má Národní superpočítačové centrum IT4Innovations, jež provozuje dva superpočítače Barbora a Karolina s výkonem 0,8 a 15,7 petaflops. Toto číslo udává, kolik biliard (1015) výpočetních operací zvládne dané zařízení za jednu sekundu.
Karolinu zprovoznili v srpnu 2021, jejím dodavatelem byla společnost Hewlett Packard Enterprise. Celkové náklady na toto zařízení se vyšplhaly na zhruba 360 milionů korun, přičemž 65 procent ceny uhradila Česká republika, zbytek byl financován Evropskou unií. Karolina je vůbec nejvýkonnějším počítačem v Česku a devatenáctým nejvýkonnějším v Evropě. Zároveň je i osmým nejlepším na celém světě z hlediska energetické úspornosti.
Provoz obou superpočítačů je technologicky velmi náročný, zařízení jsou například uložena ve speciálním sále se sníženým množstvím kyslíku. Oproti běžným 21 procentům je v místnosti pouhých 15 procent kyslíku, což odpovídá nadmořské výšce zhruba tří tisíc metrů nad mořem. To znamená, že lidé by se v místnosti měli pohybovat maximálně jednu hodinu v kuse. Hlavním důvodem tohoto opatření je znemožnění vzniku požáru, který by mohl způsobit extrémní škody.
Náročné simulace a umělá inteligence
Karolina slouží primárně vědcům z tuzemských univerzit, ke svým výzkumům je ale využívají i zahraniční týmy. „Přidělování výpočetní kapacity probíhá na základě posouzení jednotlivých žádostí dle jejich vědeckého či společenského přínosu a také podle stádia připravenosti daného projektu. Od svého spuštění už tedy Karolina provedla celkem 1,8 milionu výpočetních úloh pro 2007 uživatelů ve 417 různých projektech,“ uvedl ředitel IT4Innovations Vít Vondrák.
Mezi nejčastější uživatele obou superpočítačů patří výzkumníci z Vysoké školy báňské, Akademie věd České republiky (AV ČR) a Univerzity Karlovy. Největší zájem o výpočty přitom mají vědci zkoumající materiálové vědy, kteří na Karolině zrealizovali téměř polovinu všech projektů. Další část výpočtů se týká hlavně biologických věd, inženýrství, astronomie či fyziky.
Karolina vědcům slouží především k vytváření velkých numerických modelů a umělé inteligence nebo ke zpracování dat a pokročilých vizualizací. Za dobu své existence tak superpočítač přispěl k mnoha významným vědeckým objevům. „Jedním z nich byla třeba práce týmu z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR o alkalických kovech, která se dostala na obálku prestižního vědeckého časopisu Science,“ doplnil Vondrák.
Vědci ale superpočítač použili rovněž k návrhu nového typu paliva pro jaderné elektrárny, k systému schopnému identifikovat diabetes na základě analýzy oční sítnice či k optimalizaci elektrické rozvodné sítě. Firma Ullmanna zase s pomocí Karoliny navrhla speciální plečku, jež využívá umělou inteligenci k automatickému rozpoznání plevele, zatímco Siemens počítač použil k vytvoření digitálního dvojčete svého elektromotoru. Umělá inteligence z Ostravy pak pomohla i ke vzniku nového nástroje Evropské vesmírné agentury ESA, který má detekovat změny v zástavbě měst.
V plánu je už třetí verze superpočítačů
Ještě před Barborou a Karolinou v IT4Innovations sloužily také superpočítače Anselm a Salomon s výkonem 0,1 a 2 petaflops, které byly pořízené v letech 2013 a 2015. Vzhledem k extrémně rychlému vývoji a požadavkům na větší výkon však jejich životnost nebyla příliš dlouhá. Oba stroje byly vyřazeny už v roce 2021, k čemuž došlo i kvůli tomu, že jejich provozní náklady byly oproti současným zařízením podstatně vyšší.
I provoz Barbory a Karoliny by měl skončit nejpozději za pět let, takže už nyní v IT4Innovations plánují jejich výměnu. Již v příštím roce by měla být spuštěna náhrada za méně výkonnou Barboru. „Nový malý cluster s předpokládaným výkonem zhruba 1,2 petaflops by měl stát zhruba 100 milionů korun. Velký cluster s výkonem asi 25 petaflops pak má být spuštěn v roce 2026, přičemž jeho odhadované náklady jsou třikrát takové,“ shrnul Vondrák. Kromě toho IT4Innovations plánuje zakoupit i kvantový počítač LUMI-Q, který by měl do Ostravy dorazit již příští rok.
Už v současnosti ale mají tuzemští výzkumníci přístup k mnohem výkonnějšímu superpočítači. IT4Innovations je totiž zapojeno do mezinárodního konsorcia LUMI, jež ve finském Kajaani provozuje třetí nejvýkonnější superpočítač na světě. „Pokud si tedy vědci podají žádost na velké a náročné výpočty, je jim nabídnuta právě kapacita, které je k dispozici v této severské zemi,“ uzavřel Vondrák.
