Karelian retkikunta matkusti lokakuun alussa Kajaaniin Supercomputing Innovation Summit -konferenssiin. Kaksipäiväisen tapahtuman tavoitteena oli esitellä, miten suomalaiset yritykset voivat hyödyntää tutkimus- ja tuotekehitysprojekteissaan suurteholaskennan, sekä erityisesti Euroopan tehokkaimman supertietokoneen LUMIn laskentaresursseja. Konferenssin esitelmissä käsiteltiin laajasti suurteholaskennan hyödyntämisen eri näkökulmia.
Karelian ICT-alan koulutusten näkökulmasta tapahtuman kiinnostavia teemoja olivat:
- Tutkimuksen ja tuotekehityksen simulaatiot
- Tekoälyratkaisujen neuroverkkojen opetusdatan käsittely
- Tekoälyn vaikutus IT-ammattilaisten koulutukseen
- Kvanttitietokoneiden liittyminen osaksi suurteholaskentaa
Suurteholaskentaa ei vielä hyödynnetä Karelian ICT-insinöörikoulutuksessa tai tietojenkäsittelyn tradenomikoulutuksessa, mutta erityisesti datan analysoinnissa ja koneoppimisessa hyödyntäminen tulee ajankohtaiseksi nykyisten opetussuunnitelmien mukaisesti. CSC:n (Tieteen tietotekniikan keskus Oy) tarjoamien supertietokoneiden käyttö ei maksa Karelian opiskelijoille mitään, jos kyseessä ei ole kaupallinen työ. Tämä mahdollisuus kannattaa hyödyntää, ja kehittää Karelian oman konesalin ja supertietokoneiden yhteistyötä yhdessä Karelian TKI-toiminnan verkostojen kanssa. Myös kvanttitietokoneiden käytön opiskelu tullee ajankohtaiseksi lähivuosina.
Supertietokoneiden ja tekoälyn hyödyntäminen yrityksissä
Supertietokoneen käyttäminen yksityisten yrityksen liiketoiminnassa on maksullista palvelua. Esimerkiksi Ramboll Finland käyttää LUMI-tietokoneen kapasiteettia asiantuntijatyössä kiinteistöjen paloteknisessä suunnittelussa. Siinä supertietokoneen hyödyntäminen nopeuttaa merkittävästi simulointiin käytettyä aikaa, mikä on erityisen tärkeä tekijä Rambollin asiakkaiden liiketoiminnassa. Tästä liiketoimintatapauksesta kertoi tilaisuudessa Marko Hämäläinen Ramboll Finland osakeyhtiöstä. Supertietokoneen hyödyntäminen korkeakoulujen tutkimushankkeissa on maksutonta.
Professori Tero Ojanperä Silo AI -yrityksestä arvioi esityksessään tekoälyavusteinen ohjelmoinnin korvaavan jopa 75% peruskoodaustarpeesta seuraavien 2-5 vuoden kuluessa (Kuva 1). Tämä muutos edellyttää Karelian tietojenkäsittelyn tradenomikoulutuksessa ja ICT-insinöörikoulutuksessa opetushenkilökunnalta vahvaa osaamista siitä, miten tekoälyä käytetään opetuksen tukena. Todennäköinen skenaario on, että IT-ammattilaisten työ painottuu tulevaisuudessa enemmän asiakkaiden tarpeiden ”kääntämiseen” koodaavan tekoälyn ymmärtämään muotoon ja tekoälyn tuottaman koodin testaamiseen asiakkaiden tarpeiden näkökulmasta. Tämä kehitys ei poista koodin ymmärtämisen tarvetta IT-ammattilaisen osaamisalueena, mutta muuttaa erityisesti ohjelmointitiimien työn painopistettä abstraktimpaan suuntaan.
Tietojärjestelmän arkkitehtuuri ja sen yhteys organisaation tai ekosysteemin liiketoiminnan strategiaan korostuu työssä entisestään. Digitaalinen siirtymä toteutuu usein kilpailukykyisesti monen organisaation muodostamissa ekosysteemeissä, joiden jäsenet yhteistyössä voivat toteuttaa markkinoilla kilpailukykyisen tuotteen tai palvelun. Arkisena esimerkkinä tästä voisi toimia päivittäistavarakaupan tai ravintolan ruokalähettipalvelu, jossa tuote syntyy monen yrityksen yhteistyönä sähköisesti hallittuna prosessina. DIMECC Oy:n Rauno Hatakka kertoi esityksessään yrityksen tekemästä ekosysteemien kehittämistyöstä.
Koripallokentän kokoinen supertietokone LUMI
Konferenssin toisena päivänä kokousväki pääsi tutustumaan Euroopan Unionin EuroHPC-yhteisön omistamaan ja CSC:n ylläpitämään LUMI-supertietokoneeseen. Se on rakennettu entisen paperitehtaan halliin, jonka lattiasta tietokone vie tilaa noin koripallokentän kokoisen alueen. Tietokoneen laskentatehon sanotaan vastaavan noin 1,5 miljoonaa nykyaikaista laptop-tietokonetta. Tämä teho on saavutettu kytkemällä noin 200 000 AMD Epyc -suoritinydintä toisiinsa nk. NUMA-arkkitehtuurin mukaisesti. Koneessa on RAM-muistia 32 teratavua ja erityyppistä massamuistia yhteensä 118 petatavua. Supertietokoneissa käytetään nykyisin Linux-pohjaisia käyttöjärjestelmiä, eikä LUMI ole poikkeus tässä suhteessa.
Myös kvanttilaskenta nostettiin esille Supercomputing Innovation Summit -konferenssin esityksissä. LUMI-tietokoneeseen liitetyt kvanttitietokoneet mahdollistava jo nyt erilaisten hybridilaskentatehtävien tekemisen, esimerkiksi niin, että tiettyjä klassiselle laskennalle vaativia, tietyn tyyppisiä tehtäviä, voidaan ohjata laskettavaksi esimerkiksi VTT:n Helmi-kvanttitietokoneelle tai uudelle 20 kubittiselle kvanttitietokoneelle. Karelian rooli tuli esille VTT:n esityksessä, jossa mainittiin esityskalvolla “Suomalainen kvanttiekosysteemi”, BusinessQ-ryhmän jäsenenä, myös Karelia-ammattikorkeakoulu.
CSC:n supertietokoneiden hyödyntäminen opetuksessa
Korkeakouluilla on mahdollisuus hyödyntää CSC:n sekä LUMI-supertietokoneen että aiempien HPC- ratkaisuiden (esim. Puhti ja Mahti) resursseja opetuskäytössä.
CSC:n korkeakoulusopimuksen piirissä olevat oppilaitokset voivat hyödyntää sopimusten mukaisesti tarjottua HPC-kapasiteettia opetuksessa ja soveltuvin osin myös tutkimustoiminnassa maksutta. Yrityksille käyttöönottoa helpotetaan Business Finlandin tarjoamalla taloudellisella tuella.
LUMI-supertietokoneen käyttö on mahdollista sekä a) puhtaasti korkeakoulun akateemiseen käyttöön (opetus, tutkimus), b) yrityskäyttöön mutta myös c) korkeakoulun ja yrityksen yhteistyönä esim. TKI-hankkeiden puitteissa. Esimerkkejä tästä on HPC-resurssien käyttö erityyppisillä opintojaksoilla, projektiopintojen teknisenä infrastruktuurina sekä opinnäytetöissä, joita usealta osin toteutetaan myös yrityselämän kanssa yhteistyössä.
Opetuksessa voidaan hyödyntää erityyppisiä HPC-arkkitehtuurin ratkaisuja. LUMI-C tarjoaa suuren kapasiteetin perinteisiä CPU-piirejä hyödyntäen, LUMI-G soveltuu GPU-piirien myötä etenkin syväoppimisen teknologioiden kehittämiseen (esim. syvien neuroverkkojen opettaminen) ja LUMI-D sisältää dedikoituja ratkaisuja data-analytiikkaan soveltamiseksi.
Myös kvanttilaskennan tuomia mahdollisuuksia ja vaikutuksia IT- alan ratkaisuihin (esim. tekoälyratkaisuiden kehittämisessä kvanttikoneoppimisen keinoin) on mahdollista ennakoida, testata ja arvioida CSC:n HPC-ratkaisuiden (esim. LUMI) ja kvanttitietokoneiden (esim. Helmi) mahdollistavalla yhteiskäytöllä.
Yllä esitetyt ratkaisut tekevät LUMI:sta opetuskäytössä tiettyjen käyttökohteiden osalta yhden varteenotettavan vaihtoehdon kansainvälisille kaupallisille pilvipalveluille (esim. Microsoftin Azure, Amazon AWS, Google Cloud Platform).
LUMI-tietokoneelle voidaan jo nyt pyytää opetuskäyttöön laskentakapasiteettia CSC:n tarjoamien ja mm. Karelia-amk:n hyödyntämien HAKA-kirjautumista tukevien projektien luonti- sekä hallintakäyttöliittymien kautta osoitteissa https://my.csc.fi/ sekä https://www.lumi.csc.fi/.
Hallintatyökalut tarjoavat sekä toiminnot että ohjeistusta ja muuta dokumentaatiota sekä projektien perustamiselle että LUMI-laskentakapasiteetin liittämiseksi niihin.
LUMI-tietokoneen opetuskäytön mahdollisuudet paranevat erityisesti myöhemmin julkaistavien web-pohjaisten hallinta- ja kehitystyökalujen käytön myötä. Esimerkkinä tästä käytöstä voisi toimia mm. kone- ja syväoppimisen osaamisalueet, joissa LUMIn laskentakapasiteettia voidaan hyödyntää muistakin ympäristöistä löytyvillä tekniikoilla (esim. Jupyter Notebook- kehitysympäristö, siihen liitetyt kone- ja syväoppimiskirjastot sekä eri tekniikoilla hyödynnettävien big data- varantojen hallinta). Muita tärkeitä sovelluskohteita olisivat esim. sovelluskehitysautomaatio, valmiiden AI-mallien hyödyntäminen sekä jo mainittu kvanttilaskennan sovelluksien ja osaamisen kehittäminen. Hallintatyökalujen ja osaamisen kehittymisen myötä myös ympäristön provisiointi opetuskäyttöön pitäisi helpottua. CSC tukee HPC- palveluiden käyttöönottoa ja käyttöä opetuksessa dokumentaation ja erilaisten yhteisten ja soveltuvin osin myös räätälöityjen koulutusten myötä. Näiden hyödyntämistä Karelia-ammattikorkeakoulun ICT- koulutuksissa on tavoitteena parantaa systemaattisemmin keväästä 2024 alkaen. Koska sopimukset CSC:n kanssa ovat koko korkeakoulua koskevia, hyödyntäminen voidaan laajentaa myös muille koulutusaloille ja TKI-toimintaan.
Koulutuksen on pysyttävä mukana kehityksessä
Konferenssin yhteenvetona Karelian ICT-insinöörikoulutuksen ja tietojenkäsittelyn tradenomikoulutuksen näkökulmasta voi todeta, että tekoälyn ja suurteholaskennan kehitys muuttaa koulutuksen painopisteitä lähitulevaisuudessa merkittävästi. Toisaalta parin vuoden takainen digitaalinen kaksonen –suosikkiteema näyttää kypsyvän vähitellen melko tavalliseksi paradigmaksi tiedon hallinnassa, simulaatioihin perustuvassa kehittämisessä ja sähköisten palvelujen kehittämisessä.
Kirjoittajat:
Jyri Kemppainen, yliopettaja, Karelia-ammattikorkeakoulu
Olli Hatakka, lehtori, Karelia-ammattikorkeakoulu
Petri Laitinen, lehtori, Karelia-ammattikorkeakoulu
Jarmo Talvivaara, lehtori, Karelia-ammattikorkeakoulu
Artikkelin kuvat: Olli Hatakka. Kansikuva: LUMI datakeskus, Kajaani, Mikael Kanerva, CSC.
Lähteitä:
CSC. 2023. Supercomputing Innovation Summit – Demystifying supercomputing for business. https://events.csc.fi/sis-2023.html
CSC. LUMI: Euroopan tehokkain supertietokone. https://www.csc.fi/lumi
CSC. 2022. Suomi avaa kvanttitietokoneen tutkimustarkoituksiin – kvanttilaskennan ja superlaskennan yhdistäminen vie tieteen uudelle aikakaudelle. https://www.csc.fi/-/suomi-avaa-kvanttitietokoneen-tutkimustarkoituksiin
CSC. Getting Started with Mahti. https://docs.csc.fi/support/tutorials/mahti_quick/
CSC. Getting Started with Puhti: https://docs.csc.fi/support/tutorials/puhti_quick/
CSC. LUMI Get Started. https://docs.lumi-supercomputer.eu/firststeps/
CSC. Lumi Web Interface https://docs.lumi-supercomputer.eu/firststeps/loggingin-webui
CSC. Tukea rahoituksen hakuun. https://www.csc.fi/ratkaisut-yrityksille-tukea-rahoituksen-hakuun
CSC. LUMI’s full system architecture revealed. https://www.lumi-supercomputer.eu/lumis-full-system-architecture-revealed/
CSC. Access Helmi through LUMI. https://docs.csc.fi/computing/quantum-computing/helmi/helmi-from-lumi/
Artikkeli on osa ICT-insinöörikoulutuksen käynnistäminen -hankkeen (Pohjois-Karjalan maakuntaliiton AIKO-määräraha) ja Ammatiksi yrittäjä – oppia yrittäjätaitoihin -hankkeen (Euroopan unionin osarahoittama) toimintoja.
