Центр високопродуктивних обчислень Штутгарта (HLRS) останніми роками неодноразово доводив свою роль піонера у цій галузі. Сюди звертаються туди, де ще немає готових рішень. В даний час центр веде два проекти, які на перший погляд мало чим схожі один на одного. Однак обидва вони технічно складні і спрямовані на те, щоб показати, як обчислювальні потужності можуть вирішувати реальні проблеми. Один проект зосереджений на суперкомп’ютерах для використання у кризових ситуаціях, інший – на підтримці медичних технологій.
Системи з високою доступністю для екстрених випадків
Навіщо потрібний суперкомп’ютер, якщо зв’язок відсутній? Або якщо інфраструктура виходить із ладу? Відповідь криється в масштабованості та швидкості. Звичайні сервери часто виявляються негнучкими. Вони не витримують непередбачених пікових навантажень. Система, спеціально спроектована для кризових сценаріїв, має працювати інакше. Вона має бути надійною. Вона має швидко приймати рішення, коли від секунд залежить результат операції чи координація дій рятувальників.
HLRS працює над архітектурами, які не лише виконують обчислення, а й залишаються стабільними навіть за умов хаосу. Це не розкіш. Це потреба для служб порятунку, служб цивільної оборони та критичної інфраструктури. Технології, що лежать в основі таких систем, повинні забезпечувати розподіл навантаження у реальному часі. Вони повинні пріоритизувати потоки даних при нестачі пропускної спроможності. Той, хто хоч раз опинявся у надзвичайній ситуації, знає, наскільки важливо, щоб цифрові інструменти не давали збоїв.
Обчислювальні потужності для медицини наступного покоління
Другий напрямок зовсім інший. Тут йдеться не про гострі катастрофи, а про точне планування. Медичні технології стикаються із серйозними викликами. Устаткування стає дедалі складнішим. Обсяги даних, одержуваних методами візуалізації, стрімко зростають. МРТ, КТ, ПЕТ – кожен метод генерує терабайти інформації. Обробка та інтерпретація цих даних вимагають великих обчислювальних потужностей.
HLRS надає ці потужності. Не як абстрактну продуктивність, а як інструмент для діагностики та планування терапії. Суперкомп’ютер може проводити симуляції, які неможливо виконати безпосередньо в лікарні. Він може допомогти передбачити дію нових ліків. Або він може настільки прискорити методи візуалізації, що лікарі зможуть ставити діагнози швидше та точніше.
Точка перетину двох світів
Здається, що суперкомп’ютери для кризових ситуацій та комп’ютери для медичних технологій знаходяться на світлових роках один від одного. Але обидва напрями мають загальну основу: необхідність вирішувати складні проблеми швидше, ніж це дозволяє людський потенціал. У кризовій ситуації на коні стоїть життя. У медицині на кону стоїть точність.
Інфраструктура, яку створює HLRS, призначена для задоволення цих вимог. Вона масштабована. Вона адаптивна. І вона стає все більш значущою в міру того, як наше суспільство стає більш цифровим. Тим, хто ставить питання, чому центри обробки даних такі важливі, варто задуматися не тільки про стрімінгові сервіси.
Від пандемій до повеней: суперкомп’ютери як інструменти кризового реагування
Коли під час розпалу пандемії коронавірусу прогнози завантаження відділень інтенсивної терапії домінували в стрічках новин, високопродуктивні обчислення з Обчислювального центру Хайльбронна (HLRS) тихо залишалися на задньому плані. Симуляції не просто підраховували кількість ліжок; вони виявляли ширшу істину.
«Ця робота показала, що високопродуктивні обчислення мають набагато більший потенціал у кризових і надзвичайних ситуаціях, не тільки в наступній пандемії, а й при стихійних лихах», — каже дослідник HLRS Ральф Шнайдер.
Однак підготовка суперкомп’ютера до роботи в умовах активної кризи — це не просто клацання перемикачем. Потрібна інфраструктура. Це усвідомлення породило проект CIRCE (Computational Immediate Response Center for Emergencies — Обчислювальний центр негайного реагування при надзвичайних ситуаціях). Шнайдер виступає технічним керівником проекту. Ціль? Точнісінько визначити, що необхідно операційному центру — технічно та організаційно — для швидкої підтримки державних установ без бюрократичних перешкод у момент лиха.
Шлях до створення CIRCE включав консультації з експертами з міністерств та відомств. Консенсус був зрозумілим: симуляції можуть вирішити безліч проблем. Але було одне застереження.
“Часто моделі відсутні”, – зазначає Шнайдер. “Однак вони є необхідною умовою для визначення того, чи можна ефективно використовувати суперкомп’ютери”.
Отже, HLRS фокусується на сценаріях, де цифрові креслення вже є. Візьмемо для прикладу аналіз екстремального паводку на Рейні. Якщо дамба прорве, які райони зазнають негайного затоплення? Симуляції можуть відповісти на це питання практично у реальному часі. Дані визначають, де необхідно розпочати евакуацію та де рятувальні автомобілі та станції можна розмістити безпечно.
Подолання розриву в інноваціях медичного обладнання
Хоча реагування на надзвичайні ситуації є безпосереднім застосуванням, технологія глибоко проникає у промисловість. Другий основний фокусний регіон досліджує, як медична технологія виграє від обчислювальної потужності суперкомп’ютерів.
Андреас Вірзе, генеральний директор SICOS BW, виділяє конкретні випадки використання: розробка продуктів, забезпечення якості та схвалення. SICOS BW була заснована в 2010 році спільно HLRS та Карлсруеським інститутом технологій (KIT). Місія полягала у зниженні бар’єру для малих та середніх підприємств (МСП) для доступу до методів моделювання.
Німецька медична техніка сильно спирається на Mittelstand (сектор МСП) та славиться своїми інноваціями. Моделювання пропонує новий рівень перевірки. Інженери можуть тестувати потенціал нових матеріалів та компонентів для інструментів або імплантатів, перш ніж торкатися фізичного металу.
Для цього SICOS BW створила CASE4Med (Computer Aided Solution Engineering for Medical). Цей центр рішень включає HLRS та Інноваційний та дослідницький центр Туттлінгена при Університеті прикладних наук Фуртвангена. Туттлін відомий як оплот медичної техніки, що робить його логічним вузлом для цієї співпраці.
Створення спільноти для доконкурентних досліджень
Проект фінансується Міністерством науки Баден-Вюртемберг. Але фінансування – це лише половина справи. Ціль полягає в тому, щоб залучити співтовариство, зацікавлене конкретними випадками з практики. Формальна асоціація забезпечить організаційний каркас.
“Існує великий інтерес”, – каже Вірзе. Через CASE4Med обмін інформацією стає інституціоналізованим. Що важливіше, це дозволяє проводити доконкурентні дослідження. Компанії можуть ділитися фундаментальними знаннями, не ставлячи під загрозу свої переваги.
Інфраструктура існує. Моделі вдосконалюються. Тепер питання у тому, чи зможе бюрократія наздогнати швидкість моделювання.
