High Performance Computing Center Stuttgart (HLRS) v posledních letech opakovaně prokázalo svou roli průkopníka v této oblasti. Lidé se tu obracejí do míst, kde ještě nejsou hotová řešení. V současné době centrum řeší dva projekty, které se na první pohled jen málo podobají. Oba jsou však technicky náročné a jejich cílem je ukázat, jak může výpočetní výkon vyřešit skutečné problémy. Jeden projekt se zaměřuje na superpočítače pro použití v krizových situacích, druhý na podporu lékařské techniky.
Vysoce dostupné systémy pro případ nouze
Proč potřebujete superpočítač, když není připojení? Nebo když selže infrastruktura? Odpověď spočívá ve škálovatelnosti a rychlosti. Běžné servery jsou často neflexibilní. Nemohou odolat neočekávanému špičkovému zatížení. Systém speciálně navržený pro krizové scénáře by měl fungovat jinak. Musí to být spolehlivé. Musí se rychle rozhodovat, když výsledek operace nebo koordinace akcí záchranářů závisí na sekundách.
HLRS pracuje na architekturách, které nejen provádějí výpočty, ale také zůstávají stabilní i tváří v tvář chaosu. To není luxus. To je nutnost pro záchranné služby, služby civilní obrany a kritickou infrastrukturu. Technologie, na kterých jsou tyto systémy založeny, musí poskytovat vyrovnávání zátěže v reálném čase. Musí upřednostňovat datové toky, když je nedostatek šířky pásma. Každý, kdo se někdy ocitl v nouzové situaci, ví, jak je důležité, aby digitální nástroje neselhávaly.
Výpočetní výkon pro příští generaci medicíny
Druhý směr je úplně jiný. Zde nehovoříme o akutních katastrofách, ale o přesném plánování. Lékařská technologie čelí velkým výzvám. Vybavení je stále složitější. Objemy dat získaných vizualizačními metodami rychle rostou. MRI, CT, PET – každá metoda generuje terabajty informací. Zpracování a interpretace těchto dat vyžaduje enormní výpočetní výkon.
HLRS tuto kapacitu poskytuje. Ne jako abstraktní výkon, ale jako nástroj pro diagnostiku a plánování léčby. Superpočítač zde může provádět simulace, které nelze provádět přímo v nemocnici. Může pomoci předpovědět účinek nového léku. Nebo by to mohlo zrychlit zobrazovací techniky natolik, že by lékaři mohli diagnostikovat rychleji a přesněji.
Průsečík dvou světů
Zdá se, že superpočítače pro krizové řízení a počítače pro lékařskou techniku dělí světelné roky. Oba směry ale mají společný základ: nutnost řešit složité problémy rychleji, než umožňuje lidský potenciál. V krizové situaci jde o život. V medicíně je v sázce přesnost.
Infrastruktura, kterou HLRS buduje, je navržena tak, aby tyto požadavky splňovala. Je škálovatelný. Je adaptivní. A s tím, jak se naše společnost stává stále více digitální, je to stále důležitější. Ti, kteří se zajímají o to, proč jsou datová centra tak důležitá, musí přemýšlet nad rámec streamovacích služeb.
Od pandemií po záplavy: superpočítače jako nástroje reakce na krize
Když během vrcholící pandemie koronaviru dominovaly předpovědi kapacity jednotek intenzivní péče zpravodajským kanálům, vysoce výkonná výpočetní technika z Heilbronn Computing Center (HLRS) tiše zůstala v pozadí. Simulace nepočítaly pouze počet lůžek; odhalili větší pravdu.
„Tato práce ukázala, že vysoce výkonné počítače mají mnohem větší potenciál v krizových a nouzových situacích, nejen v příští pandemii, ale také při přírodních katastrofách,“ říká výzkumník HLRS Ralf Schneider.
Příprava superpočítače na provoz v aktivní krizi je však víc než jen přepnutí spínače. Je nutná infrastruktura. Tato realizace dala vzniknout projektu CIRCE (Computational Immediate Response Center for Emergency). Schneider je technickým manažerem projektu. Cíl? Přesně určete, co operační středisko potřebuje – technicky i organizačně – k rychlé podpoře vládních agentur bez byrokratických překážek v době katastrofy.
Cesta k vytvoření CIRCE zahrnovala konzultace s odborníky z ministerstev a resortů. Shoda byla jasná: simulace mohou vyřešit mnoho problémů. Ale bylo tu jedno upozornění.
“Často neexistují žádné modely,” poznamenává Schneider. “Jsou však nezbytným předpokladem pro určení, zda lze superpočítače efektivně používat.”
V důsledku toho se HLRS zaměřuje na scénáře, kde již existují digitální výkresy. Vezměme si například analýzu extrémních povodní na Rýně. Pokud se přehrada protrhne, které oblasti budou okamžitě zaplaveny? Simulace mohou na tuto otázku odpovědět téměř v reálném čase. Data určují, kde je třeba začít s evakuací a kde lze bezpečně umístit záchranná vozidla a stanice.
Překlenutí mezery v inovacích zdravotnických prostředků
Zatímco reakce na mimořádné události je okamžitou aplikací, tato technologie zasahuje hluboko do průmyslu. Druhá oblast hlavního zájmu zkoumá, jak lékařské technologie těží z výpočetního výkonu superpočítačů.
Andreas Wierse, generální ředitel společnosti SICOS BW, zdůrazňuje konkrétní případy použití: vývoj produktů, zajištění kvality a schvalovací procesy. SICOS BW byla založena v roce 2010 společně HLRS a Karlsruhe Institute of Technology (KIT). Posláním bylo snížit bariéru pro malé a střední podniky (MSP) v přístupu k modelovacím technikám.
Německá lékařská technologie se silně opírá o Mittelstand (sektor malých a středních podniků) a je známá svými inovacemi. Simulace nabízí novou úroveň ověřování. Inženýři mohou otestovat potenciál nových materiálů a komponent pro nástroje nebo implantáty, než se dotknou fyzického kovu.
Za účelem implementace vytvořila společnost SICOS BW CASE4Med (Computer Aided Solution Engineering for Medical). Toto centrum řešení zahrnuje HLRS a Innovation and Research Center Tuttlingen na Furtwangen University of Applied Sciences. Tuttlinn je známý jako pevnost lékařské technologie, což z něj činí logické centrum pro tuto spolupráci.
Budování komunity pro předkonkurenční výzkum
Projekt je financován ministerstvem vědy Bádenska-Württemberska. Ale financování je jen polovina úspěchu. Cílem je přilákat komunitu se zájmem o případové studie. Formální sdružení poskytne organizační rámec.
„Zájem je velký,“ říká Wierse. Prostřednictvím CASE4Med se výměna informací institucionalizuje. Ještě důležitější je, že umožňuje předkonkurenční výzkum. Společnosti mohou sdílet základní znalosti, aniž by ohrozily své obchodní výhody.
Infrastruktura existuje. Modely se vylepšují. Otázkou nyní je, zda byrokracie dokáže držet krok s rychlostí modelování.
