Centrum Obliczeń Wysokiej Skali w Stuttgarcie (HLRS) w ostatnich latach wielokrotnie udowodniło swoją rolę pioniera w tej dziedzinie. Ludzie zwracają się tutaj do miejsc, gdzie nie ma jeszcze gotowych rozwiązań. Centrum realizuje obecnie dwa projekty, które na pierwszy rzut oka niewiele do siebie przypominają. Obydwa są jednak trudne technicznie i mają na celu pokazanie, w jaki sposób moc obliczeniowa może rozwiązywać rzeczywiste problemy. Jeden projekt koncentruje się na superkomputerach do wykorzystania w sytuacjach kryzysowych, drugi na wsparciu technologii medycznej.
Wysoce dostępne systemy na wypadek sytuacji awaryjnych
Po co ci superkomputer, jeśli nie ma połączenia? A jeśli infrastruktura zawiedzie? Odpowiedź leży w skalowalności i szybkości. Zwykłe serwery są często nieelastyczne. Nie są w stanie wytrzymać nieoczekiwanych obciążeń szczytowych. System zaprojektowany specjalnie na potrzeby scenariuszy kryzysowych powinien działać inaczej. To musi być niezawodne. Musi szybko podejmować decyzje, gdy od wyniku operacji lub koordynacji działań ratowników zależą sekundy.
HLRS pracuje nad architekturami, które nie tylko wykonują obliczenia, ale także pozostają stabilne nawet w obliczu chaosu. To nie jest luksus. Jest to koniecznością dla służb ratowniczych, służb obrony cywilnej i infrastruktury krytycznej. Technologie leżące u podstaw takich systemów muszą zapewniać równoważenie obciążenia w czasie rzeczywistym. Muszą nadać priorytet przepływom danych w przypadku braku przepustowości. Każdy, kto kiedykolwiek znalazł się w sytuacji awaryjnej, wie, jak ważne jest, aby narzędzia cyfrowe nie zawiodły.
Moc obliczeniowa dla medycyny następnej generacji
Drugi kierunek jest zupełnie inny. Nie mówimy tu o ostrych katastrofach, ale o precyzyjnym planowaniu. Technologia medyczna stoi przed poważnymi wyzwaniami. Sprzęt staje się coraz bardziej skomplikowany. Ilość danych uzyskiwanych metodami wizualizacyjnymi szybko rośnie. MRI, CT, PET – każda metoda generuje terabajty informacji. Przetwarzanie i interpretacja tych danych wymaga ogromnej mocy obliczeniowej.
HLRS zapewnia tę pojemność. Nie jako abstrakcyjny spektakl, ale jako narzędzie diagnozy i planowania leczenia. Superkomputer może tu przeprowadzać symulacje, których nie da się wykonać bezpośrednio w szpitalu. Może pomóc przewidzieć działanie nowego leku. Może też przyspieszyć techniki obrazowania do tego stopnia, że lekarze będą mogli szybciej i dokładniej stawiać diagnozy.
Punkt przecięcia dwóch światów
Superkomputery do zarządzania kryzysowego i komputery do technologii medycznej wydają się odległe o lata świetlne. Ale oba kierunki mają wspólną podstawę: potrzebę rozwiązywania złożonych problemów szybciej, niż pozwala na to potencjał ludzki. W sytuacji kryzysowej zagrożone jest życie. W medycynie liczy się precyzja.
Infrastruktura budowana przez HLRS została zaprojektowana tak, aby spełniać te wymagania. Jest skalowalny. Ona jest adaptacyjna. Staje się to coraz ważniejsze, w miarę jak nasze społeczeństwo staje się coraz bardziej cyfrowe. Ci, którzy zastanawiają się, dlaczego centra danych są tak ważne, muszą wyjść poza usługi przesyłania strumieniowego.
Od pandemii po powodzie: superkomputery jako narzędzia reagowania kryzysowego
Kiedy prognozy dotyczące pojemności oddziałów intensywnej terapii zdominowały kanały informacyjne w szczytowym okresie pandemii koronaawirusa, obliczenia o wysokiej wydajności z Heilbronn Computing Center (HLRS) po cichu pozostawały w tle. Symulacje nie tylko liczyły liczbę łóżek; ujawnili większą prawdę.
„Ta praca pokazała, że obliczenia o wysokiej wydajności mają znacznie większy potencjał w sytuacjach kryzysowych i awaryjnych, nie tylko podczas kolejnej pandemii, ale także w przypadku klęsk żywiołowych” – mówi Ralf Schneider, badacz HLRS.
Jednak przygotowanie superkomputera do działania w aktywnym kryzysie to coś więcej niż tylko naciśnięcie przełącznika. Wymagana infrastruktura. Ta realizacja dała początek projektowi CIRCE (Centrum natychmiastowego reagowania obliczeniowego w sytuacjach awaryjnych). Schneider jest kierownikiem technicznym projektu. Cel? Określ dokładnie, czego potrzebuje centrum operacyjne — pod względem technicznym i organizacyjnym — aby szybko wspierać agencje rządowe bez biurokratycznych przeszkód w czasie katastrofy.
Droga do powstania CIRCE obejmowała konsultacje z ekspertami z ministerstw i departamentów. Konsensus był jasny: symulacje mogą rozwiązać wiele problemów. Ale było jedno zastrzeżenie.
„Często nie ma modeli” – zauważa Schneider. „Są one jednak warunkiem wstępnym ustalenia, czy superkomputery można efektywnie wykorzystywać”.
W związku z tym HLRS koncentruje się na scenariuszach, w których istnieją już rysunki cyfrowe. Weźmy na przykład analizę ekstremalnych powodzi na Renie. Jeśli tama pęknie, które obszary zostaną natychmiast zalane? Symulacje mogą odpowiedzieć na to pytanie w czasie zbliżonym do rzeczywistego. Dane te określają, gdzie należy rozpocząć ewakuację i gdzie można bezpiecznie umieścić pojazdy i stacje ratownicze.
Wypełnianie luki w zakresie innowacji w zakresie wyrobów medycznych
Chociaż reagowanie w sytuacjach awaryjnych jest rozwiązaniem natychmiastowym, technologia ta sięga głęboko do przemysłu. Drugi główny obszar zainteresowania bada, w jaki sposób technologia medyczna korzysta z mocy obliczeniowej superkomputerów.
Andreas Wierse, dyrektor generalny SICOS BW, podkreśla konkretne przypadki użycia: rozwój produktu, zapewnienie jakości i procesy zatwierdzania. SICOS BW została założona w 2010 roku wspólnie przez HLRS i Instytut Technologii w Karlsruhe (KIT). Misją było obniżenie bariery dla małych i średnich przedsiębiorstw (MŚP) w dostępie do technik modelowania.
Niemiecka technologia medyczna w dużym stopniu opiera się na Mittelstand (sektor MŚP) i słynie ze swojej innowacyjności. Symulacja oferuje nowy poziom weryfikacji. Inżynierowie mogą przetestować potencjał nowych materiałów i komponentów narzędzi lub implantów, zanim dotkną fizycznego metalu.
Aby to wdrożyć, firma SICOS BW stworzyła CASE4Med (Inżynieria rozwiązań wspomaganych komputerowo dla medycyny). To centrum rozwiązań obejmuje HLRS oraz Centrum Innowacji i Badań Tuttlingen na Uniwersytecie Nauk Stosowanych w Furtwangen. Tuttlinn jest znane jako bastion technologii medycznej, co czyni go logicznym centrum tej współpracy.
Budowanie społeczności zajmującej się badaniami przedkonkurencyjnymi
Projekt jest finansowany przez Ministerstwo Nauki Badenii-Wirtembergii. Ale finansowanie to tylko połowa sukcesu. Celem jest przyciągnięcie społeczności zainteresowanej studiami przypadków. Ramy organizacyjne zapewni formalne stowarzyszenie.
„Zainteresowanie jest duże” – mówi Wierse. Dzięki CASE4Med wymiana informacji zostaje zinstytucjonalizowana. Co ważniejsze, pozwala na badania przedkonkurencyjne. Firmy mogą dzielić się podstawową wiedzą, nie rezygnując przy tym ze swoich korzyści komercyjnych.
Infrastruktura istnieje. Modele są udoskonalane. Pytanie brzmi teraz, czy biurokracja będzie w stanie nadążać za tempem modelowania.
