Центр высокопроизводительных вычислений Штутгарта (HLRS) за последние годы неоднократно доказывал свою роль пионера в этой области. Сюда обращаются туда, где еще нет готовых решений. В настоящее время центр ведет два проекта, которые на первый взгляд мало чем похожи друг на друга. Однако оба они технически сложны и направлены на то, чтобы показать, как вычислительные мощности могут решать реальные проблемы. Один проект сосредоточен на суперкомпьютерах для использования в кризисных ситуациях, другой — на поддержке медицинских технологий.
Системы с высокой доступностью для экстренных случаев
Зачем нужен суперкомпьютер, если связь отсутствует? Или если инфраструктура выходит из строя? Ответ кроется в масштабируемости и скорости. Обычные серверы часто оказываются негибкими. Они не выдерживают непредвиденных пиковых нагрузок. Система, специально спроектированная для кризисных сценариев, должна работать иначе. Она должна быть надежной. Она должна быстро принимать решения, когда от секунд зависит исход операции или координация действий спасателей.
HLRS работает над архитектурами, которые не только выполняют вычисления, но и остаются стабильными даже в условиях хаоса. Это не роскошь. Это необходимость для служб спасения, служб гражданской обороны и критической инфраструктуры. Технологии, лежащие в основе таких систем, должны обеспечивать распределение нагрузки в реальном времени. Они должны приоритизировать потоки данных при нехватке пропускной способности. Тот, кто хоть раз оказывался в чрезвычайной ситуации, знает, насколько важно, чтобы цифровые инструменты не давали сбоев.
Вычислительные мощности для медицины следующего поколения
Второе направление совершенно иное. Здесь речь идет не об острых катастрофах, а о точном планировании. Медицинские технологии сталкиваются с серьезными вызовами. Оборудование становится все более сложным. Объемы данных, получаемых методами визуализации, стремительно растут. МРТ, КТ, ПЭТ — каждый метод генерирует терабайты информации. Обработка и интерпретация этих данных требуют огромных вычислительных мощностей.
HLRS предоставляет эти мощности. Не как абстрактную производительность, а как инструмент для диагностики и планирования терапии. Суперкомпьютер может проводить здесь симуляции, которые невозможно выполнить непосредственно в больнице. Он может помочь предсказать действие нового лекарства. Или он может настолько ускорить методы визуализации, что врачи смогут ставить диагнозы быстрее и точнее.
Точка пересечения двух миров
Кажется, что суперкомпьютеры для кризисных ситуаций и компьютеры для медицинских технологий находятся на световых годах друг от друга. Но оба направления имеют общую основу: необходимость решать сложные проблемы быстрее, чем это позволяет человеческий потенциал. В кризисной ситуации на кону стоит жизнь. В медицине на кону стоит точность.
Инфраструктура, которую создает HLRS, предназначена для удовлетворения этих требований. Она масштабируема. Она адаптивна. И она становится все более значимой по мере того, как наше общество становится все более цифровым. Тем, кто задается вопросом, почему центры обработки данных так важны, стоит задуматься не только о стриминговых сервисах.
От пандемий до наводнений: суперкомпьютеры как инструменты кризисного реагирования
Когда во время разгара пандемии коронавируса прогнозы загрузки отделений интенсивной терапии доминировали в новостных лентах, высокопроизводительные вычисления из Вычислительного центра Хайльбронна (HLRS) тихо оставались на заднем плане. Симуляции не просто подсчитывали количество коек; они выявляли более широкую истину.
«Эта работа показала, что у высокопроизводительных вычислений есть гораздо больший потенциал в кризисных и чрезвычайных ситуациях, не только в следующей пандемии, но и при стихийных бедствиях», — говорит исследователь HLRS Ральф Шнайдер.
Однако подготовка суперкомпьютера к работе в условиях активного кризиса — это не просто щелчок переключателем. Требуется инфраструктура. Это осознание породило проект CIRCE (Computational Immediate Response Center for Emergencies — Вычислительный центр немедленного реагирования при чрезвычайных ситуациях). Шнайдер выступает техническим руководителем проекта. Цель? Точно определить, что необходимо операционному центру — технически и организационно — для быстрой поддержки государственных учреждений без бюрократических препон в момент бедствия.
Путь к созданию CIRCE включал консультации с экспертами из министерств и ведомств. Консенсус был ясен: симуляции могут решить множество проблем. Но была одна оговорка.
«Часто модели отсутствуют», — отмечает Шнайдер. «Однако они являются необходимым условием для определения того, можно ли эффективно использовать суперкомпьютеры».
Следовательно, HLRS фокусируется на сценариях, где цифровые чертежи уже существуют. Возьмем для примера анализ экстремального паводка на Рейне. Если дамба прорвет, какие районы подвергнутся немедленному затоплению? Симуляции могут ответить на этот вопрос практически в реальном времени. Данные определяют, где необходимо начать эвакуацию и где спасательные автомобили и станции можно разместить безопасно.
Преодоление разрыва в инновациях медицинского оборудования
Хотя реагирование на чрезвычайные ситуации является непосредственным применением, технология глубоко проникает в промышленность. Второй основной фокусный регион исследует, как медицинская технология выигрывает от вычислительной мощности суперкомпьютеров.
Андреас Вирзе, генеральный директор SICOS BW, выделяет конкретные случаи использования: разработка продуктов, обеспечение качества и процессы одобрения. SICOS BW была основана в 2010 году совместно HLRS и Карлсруэским институтом технологий (KIT). Миссия заключалась в снижении барьера для малых и средних предприятий (МСП) для доступа к методам моделирования.
Немецкая медицинская техника сильно опирается на Mittelstand (сектор МСП) и славится своими инновациями. Моделирование предлагает новый уровень проверки. Инженеры могут тестировать потенциал новых материалов и компонентов для инструментов или имплантатов, прежде чем прикасаться к физическому металлу.
Для внедрения этого SICOS BW создала CASE4Med (Computer Aided Solution Engineering for Medical). Этот центр решений включает HLRS и Инновационный и исследовательский центр Туттлинген при Университете прикладных наук Фуртвангена. Туттлинн известен как оплот медицинской техники, что делает его логичным узлом для этого сотрудничества.
Создание сообщества для доконкурентных исследований
Проект финансируется Министерством науки Баден-Вюртемберга. Но финансирование — это только половина дела. Цель состоит в том, чтобы привлечь сообщество, заинтересованное конкретными случаями из практики. Формальная ассоциация обеспечит организационный каркас.
«Существует большой интерес», — говорит Вирзе. Через CASE4Med обмен информацией становится институционализированным. Что еще важнее, это позволяет проводить доконкурентные исследования. Компании могут делиться фундаментальными знаниями, не ставя под угрозу свои коммерческие преимущества.
Инфраструктура существует. Модели совершенствуются. Теперь вопрос в том, сможет ли бюрократия угнаться за скоростью моделирования.
