Nya superdatorer öppnar dörren för vetenskapliga genombrott
Beräkningskapaciteten vid Helsingfors universitet mångdubblas som bäst, då vi tar i bruk nya superdatorer. Detta kan revolutionera hela vetenskapsgrenar.

Ilpo Vattulainen, professor i biofysik vid Helsingfors universitet, studerar funktionella system som bildas av biomolekyler, det vill säga en sorts molekylära maskiner på nano-plan och kommunikation inom celler. Forskningen kan tillämpas t.ex. inom medicinutveckling och överhuvudtaget för att förstå hur en frisk organism beter sig.

Vattulainens forskning är ett exempel på så kallad data- och beräkningsintensiv forskning som nu blir allt vanligare inom alla vetenskapsgrenar. Dataintensiv forskning hänvisar till forskning som förutsätter bruk av väldigt stora mängder forskningsdata. Behandling och analys av sådana data kräver datorer med allt större beräkningskapacitet och allt mera lagringsutrymme.

Dataintensiv forskning är ofta också kopplad till beräkningsintensiv forskning, där beräkningskapaciteten som krävs för att lösa problemen är ovanligt stor.

– Så kan vi till exempel se hur en medicin fastnar vid ett protein och förändrar dess funktion, eller hur vissa molekyler kan söndra ytstrukturen hos bakterier och ta dem ur funktion. Då sådana processer simuleras skapas en väldig mängd data, typiskt från hundratals giga- till terabytes, säger Vattulainen.

Nya superdatorer i bruk

Förutom sin egen beräkningskapacitet har Helsingfors universitet omfattande samarbete med både Centret för vetenskaps-IT CSC och internationella tjänsteleverantörer.

År 2021 växte beräkningskapaciteten för forskare vid Helsingfors universitet ordentligt då LUMI-superdatorn driven av CSC togs i bruk. Den är en av de mest effektiva superdatorerna i hela världen.

Tillsammans med CSC:s Mahti- och Puhti-superdatorer blev den sammanlagda beräkningskapaciteten omkring 20 gånger större jämfört med situationen år 2019. Enligt Vattulainen ter sig denna kapacitet för forskarna som en stor honungsburk för små björnar. Hans forskning kommer också att nå en ny nivå.

– Förr kunde vi studera omkring tio procent av den tidsskala som t.ex. ett protein kräver för att utföra sin uppgift. Snart kan vi se hela kedjan: hur ett meddelande anländer till proteinet, som behandlar det, ändrar sin struktur då proteinet aktiveras, och skickar meddelandet vidare. Det här kan vi se under en tid på millisekunder och förstå på atomnivå. Det har inte varit möjligt förut, eftersom datorernas kapacitet inte har räckt till för att simulera det helt och hållet.

Forskarna måste inse paradigmskiftet

Enligt Vattulainen behöver forskarna nu både tid för djupt begrundande och utbildning i hur man utnyttjar beräkningskapaciteten.

–  Forskarna måste inse detta paradigmskifte. Snart blir det möjligt att studera helt nya forskningsobjekt som kan vara mycket mera utmanande, och som man inte ens kunde drömma om att studera förut. Det förutsätter dock att forskarna lämnar sina bekvämlighetsområden och hoppar in i det okända, angriper nya och större utmaningar. Dessutom kommer det att kräva personligt stöd att inta en ny beräkningsmiljö.

Om det inte lyckas anser Vattulainen att de nya datorerna kan bli underutnyttjade.

– Inom beräkningsvetenskaper är större alltid bättre. För första gången på 25 år är vi i en situation där språnget mot den nya resursen är mycket långt.

Gumtäkt har sikte på toppen av beräkningsvetenskap

IT-styrgruppen på campus Gumtäkt har utgett sin strategiska vision för IT-verksamhetens helhet på campus Gumtäkt. Rapporten beskriver nuläget för IT-verksamheten på campus samt utvecklingsbehoven de närmaste åren. Visionen är att campus Gumtäkt i framtiden kommer att vara en av föregångarna inom beräkningsvetenskap i världen.

Universitetet samarbetar bl.a. med Centret för vetenskaps-IT CSC.  Det är dock också viktigt för universitetet att det har sin egen, konkurrenskraftiga och prestationsdugliga beräkningskapacitet.

– Det är viktigt att vi i Gumtäkt har vår egen, starka infrastruktur för vetenskaplig beräkning. Vi kan skaffa nya apparater och erbjuda nya tjänster innan de finns i t.ex CSC:s utbud. Vi kan också skräddarsy våra lösningar enligt lokala behov. Eftersom vi dessutom behärskar infrastrukturen kan vi också forska och undervisa i själva infrans egenskaper, säger professorn i datavetenskap, prodekanus Hannu Toivonen, som är ordförande för IT-styrgruppen i Gumtäkt.  

Användningen av komplicerade beräkningsinfrastrukturer förutsätter dock att man känner mjukvaru- och programmeringsomgivningen i varje apparat. Enligt Toivonen förändras de också snabbt, så forskarna måste uppdatera sitt kunnande hela tiden.

– Tröskeln för att börja använda beräkningstjänsterna kan kännas hög för många, men det behöver inte vara så. Vi försöker sänka tröskeln till infrastrukturerna genom mera utbildning för personalen.

IT-centrets team IT for Science i Gumtäkt underhåller infrastrukturen i Gumtäkt och ger därtill hörande service. Enligt den strategiska visionen kommer teamet att erbjuda allt mera utbildning i framtiden. Kunnandet ska utvecklas t.ex. vid olika utbildnings- och seminarieevenemang. Forskarnas nätverkande stöds via olika evenemang så att kunnandet också överförs mellan forskarna.

– Ur forskarnas synvinkel har de nytta av att kunna använda olika beräkningstjänster bättre, och därmed kunna idka forskning som de annars kanske inte kunde utföra, säger Toivonen.