Supercom­pu­ting Inno­va­tion Summit 2023 – suur­te­ho­las­ken­nasta vauhtia kehit­tä­mis­toi­min­taan ja koulutukseen

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.