Projekt IT4Innovations schválen Vážené kolegyně, vážení kolegové, partneři a všichni zájemci o superpočítání, v prvním newsletteru IT4Innovations bychom se s Vámi rádi podělili o zprávy z ojedinělého IT projektu, jehož jádrem je výstavba prvního superpočítačového centra evropské úrovně v České republice. Projekt IT4Innovations byl 21. 6. 2011 schválen Evropskou komisí. Tímto krokem jsme úspěšně uzavřeli několikaletý proces jeho přípravy. Po dlouhodobém úsilí nyní vstupujeme do realizační fáze projektu, která bude ještě náročnější. Chtěl bych touto cestou poděkovat všem, kteří projektu fandí a kteří mu menším či větším dílem pomohli na svět. Je Vás opravdu hodně, díky! Ivo Vondrák Příprava centra sázejícího také na aplikace Nápad vytvořit v Ostravě superpočítačové centrum vznikl už během roku 2006. Motivem byla skutečnost, že výzkumníci nejen na Vysoké škole báňské - Technické univerzitě Ostrava (dále VŠB-TUO) se již nějakou dobu potýkali s úlohami, které si vyžadují takový výpočetní výkon, který nebyla a stále není schopna poskytnout žádná instituce v ČR. Přístup k zahraničním kapacitám je přitom značně omezený. O dva roky později se otevřela možnost financování projektů na pořízení výzkumné infrastruktury v rámci Operačního programu Výzkum a vývoj pro inovace (OP VaVpI). Univerzita tak začala s intenzivními přípravami žádosti o dotaci. Projekt byl již od začátku připravován s ostatními regionálními partnery: Slezskou univerzitou, Ostravskou univerzitou a Ústavem geoniky AV ČR. Následně se do projektu zapojilo také Vysoké učení technické z Brna. Projekt je od svého počátku jak finančně, tak ideově, podporován městem Ostrava a Moravskoslezským krajem. Zájem o spolupráci projevuje řada organizací. Ladislav Mareš, zakladatel společnosti Elmarco - globální leadera v oblasti nanovláken - hodlá superpočítač využít k modelování a simulaci procesu elektrospiningu a simulaci vlastností nových nanovlákenných aplikací. Dalšími zájemci je například strojírenský holding Vítkovice, nebo novojičínský Visteon-Autopal, který se zaměřuje na výrobu automobilových součástek. Kromě aplikací pro privátní business je nezbytné uvést také uživatele za veřejnou sféru: rozbíhá se příprava aplikačního projektu RODOS - ROzvoj DOpravních Systémů - jenž mj. vychází z úspěšných simulací v rámci Newsletter 1/2011 červen 2011 / ročník I. Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava 17. listopadu 15/2172 708 33 Ostrava-Poruba Z obsahu čísla: Příprava centra Výzkumné oblasti IT4Innovations Superpočítač bude k dispozici výzkumným týmům z celé ČR Technické parametry SC www.it4i.cz /// info@it4i.cz facebook.com/it4innovations 1
systému FLOREON+ zaměřeného na modelování krizových situací. Rozvoj obou těchto systémů je přitom podmíněn dostatečnou výpočetní kapacitou, kterou do budoucna nabídne právě superpočítačové centrum IT4I. Centrum IT4Innovations, zaměřené na vybudování superpočítačové infrastruktury a související výzkumné aktivity, získalo současnou podobu v soutěži o finanční prostředky z OP VaVpI tato soutěž se opírala zejména o posouzení mezinárodního panelu odborníků. Pozitivní hodnocení IT4I získalo také právě díky důrazu na jeho aplikační záběr. IT4Innovations boduje i na jiných frontách VŠB-TUO byla v roce 2009 přizvána do prestižního partnerství evropských superpočítačových center sdružených iniciativou PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe). Tato panevropská výzkumná infrastruktura nabízí využití superpočítačů té nejvyšší světové úrovně všem evropským výzkumníkům, členové IT4Innovations se v rámci PRACE konkrétně podílejí na vývoji některých aplikací, mj. na implementaci FETI metod pro software ELMER určeného pro řešení multifyzikálních problémů. VŠB-TUO rovněž v roce 2010 úspěšně předložila projekt národního PRACE s cílem podpořit přístup českých výzkumníků k evropským superpočítačům projekt byl Radou pro velké infrastruktury pro výzkum, vývoj a inovace zařazen do skupiny nejlépe hodnocených. Letos v květnu proběhlo v Praze celostátní kolo Ceny Josepha Fouriera 2011 za výzkum v oboru počítačových věd, které pořádalo Francouzské velvyslanectví v ČR ve spolupráci s firmou Bull s.r.o. Cílem soutěže je ocenění nejlepších studentů doktorského studia a mladých vědeckých pracovníků z oblasti informatiky a informačních technologií První dvě místa obsadili pracovníci z výzkumných programů budoucího IT4Innovations (FIT VUT Brno a VŠB-TUO). Prof. Achim Bachem (PRACE) a Martin Duda (VŠB-TUO) podepisují vstup ČR do iniciativy PRACE Výzkumné oblasti IT4Innovations V současném rozvoji moderní informační společnosti hrají stále významnější roli počítačové simulace. Velmi drahý a časově náročný experimentální výzkum je vytlačován z laboratoří na stále výkonnější počítače. Počítačový návrh složitých průmyslových produktů je dnes již nezbytnou součástí vývoje a následné produkce. Reálné průmyslové úlohy však vyžadují vysoký výpočetní výkon a velmi efektivní algoritmy pro jejich řešení. Připravované superpočítačové centrum IT4Innovations bude tyto služby poskytovat. Výzkumné oblasti budou organizovány kolem tří tematických oblastí: SC4Industry, IT4People a Theory4IT. Kolem superpočítačového centra vzniknou špičkové výzkumné týmy, které budou náročné simulace realizovat a vyvíjet nové efektivní metody jejich řešení. Výzkumné týmy sdružené do pracovní skupiny SC4Industry se proto budou orientovat především na problematiku výpočetní mechaniky a chemie, tvarové a materiálové optimalizace, spolehlivostních výpočtů jakož i na problematiku materiálového výzkumu v oblasti nanotechnologií nebo vývoje nových lékových forem. Nejsou to však jen průmyslové aplikace, které dnes využívají počítačové simulace. Predikce počasí, povodní, stavu kvality ovzduší, nebo i předpověď dopravní situace ovlivňují náš každodenní život. Jejich modelování je bez výkonné výpočetní techniky zcela nemyslitelné. Do těchto modelů navíc vstupují i náhodné veličiny, které tyto predikce dále komplikují a zvyšují tak požadavky na výpočetní výkon. Hlavním posláním pracovní skupiny IT4People centra excelence IT4Innovations je proto nasazení superpočítačových technologií pro modelování a predikci krizových jevů jako jsou povodně, znečištění ovzduší či dopravní kolaps. Tyto modely navíc produkují obrovské objemy dat, které je nutné dále zpracovávat a vyhodnocovat. Stejně tak je nutné i předzpracovat objemné datové sady jako jsou radarové či satelitní snímky, digitální mapy apod., které jsou nutným vstupem do těchto simulací. S potřebou analýzy a vyhodnocování objemných dat se však můžeme setkat i v jiných oblastech. Jako příklad můžeme uvést analýzu medicínských dat, jejíž výsledky jsou nezbytným podkladem pro návrh léčebných postupů a tím významně zvyšují úspěšnost celé léčby. Objem zpracovávaných dat, jakož i požadavek na rychlost jejich zpracování, se opět neobjedou bez výkonného superpočítače s velmi rozsáhlými datovými úložišti. Problematikou zpracování objemných dat se v rámci Centra excelence IT4Innovations budou zabývat výzkumné týmy sdružené do skupiny Theory4IT. www.it4i.cz /// info@it4i.cz facebook.com/it4innovations 2
Příprava IT4Innovations očima ideového otce projektu, rektora VŠB-TUO Iva Vondráka a manažera přípravy projektu, ředitele Centra projektové podpory VŠB-TUO Martina Dudy Vysoká škola báňská a superpočítač, spojení, které bylo před pěti lety asi pro všechny nepředstavitelné. Čím to, že Česká republika i Evropská komise dala tomuto záměru zelenou? MD: Za velkou pozitivní zkušenost bych označil poznání, že existuje více lidí, kteří jsou ochotni vsadit na dlouhodobé riziko a nejistotu výsledku s cílem pokusit se chopit jedinečné příležitosti z pohledu univerzity či celého Moravskoslezského kraje. Negativní pak, že jejich počet je konečný. A nyní naopak Vaše očekávání do budoucna. Na co se těšíte a z čeho máte největší obavy? IV: Už teď je naše univerzita reprezentantem superpočítaní v Evropě. Objevují se lidé ze zahraničí, kteří by chtěli u nás pracovat. Ostravě to dává novou dimenzi, která ji zviditelňuje ve světě. Excelentní výzkumná infrastruktura také znamená mnoho nových a zajímavých projektů. To je nepochybně velmi vzrušující. Obavy máme všichni z toho, že všechny projekty tohoto typu jsou zatíženy velkou byrokracií, která provází jejich administraci. Drobná chyba ve vykazování nás může stát nemálo peněz. Takže místo toho, abychom se soustředili na vědu a výzkum, tak budeme muset hlídat formální stránku věci a věnovat tomu hodně energie. Dle mého více, než by bylo zdrávo. Ivo Vondrák, rektor VŠB-TUO IV: VŠB se stala po revoluci univerzitou s polytechnickým zaměřením, kde informační technologie mají své silné zázemí. Později se k této oblasti přidala i tzv. výpočetní matematika. Obor, který spojuje matematické disciplíny a výkonné počítače. Tady jsme se stali lídrem v oblasti výzkumu nejen v České republice. Takže pro zasvěcené to, že bude v Ostravě jeden z největších počítačů v Evropě, není až takové překvapení. MD: Určitě největší obavou je zvládnutí administrace dotace z pohledu všech požadovaných, někdy však i zbytných, pravidel. Mám obavu, že nemusí vystačit síla dělat v projektu to, kvůli čemu byl schválen, a to proto, že je zapotřebí řádně projekt zprocesovat. Zdá se mi, že zvládnutí procesu realizace je vzhledem k nedozírným dopadům potenciálních nezpůsobilých výdajů mnohem důležitější než výsledek, což není dobře. Těším se však na to, že obojí díky týmové práci zvládneme. A také na to, až se v showroomu superpočítačového centra budeme moci před návštěvníky chlubit u nás realizovanými aplikacemi. MD: K tomu bych si dovolil doplnit, že i v době přípravy projekt dozrával. Komunikace s potenciálními uživateli výstupů projektu, jeho hodnotiteli i zahraničními partnery postupem času dospěla do fáze, kdy se z široce pojatého projektu vyprofilovalo centrum zaměřené zejména na rozvoj a aplikace superpočítačových metod. Z původně relativně uzavřeného konceptu se centrum proměnilo ve výzkumnou infrastrukturu, která bude široce otevřena externím uživatelům z ČR i ze zahraničí. Příprava projektu zabrala dlouhé tři roky. Co Vás během této doby nejvíce překvapilo, ať už pozitivně či negativně? IV: První text, ideový záměr na téma IT4Innovations jsem vytvořil už před pěti lety, takže historie projektu je delší než jen ty tři roky. Co mě nejvíce příjemně překvapilo, byla snaha všech partnerů se domluvit a projekt dotáhnout do konce. Nemusím dodávat, že to nebylo nic jednoduchého. Máme skvělý projektový management, který spojil dohromady lidi z různých oblastí, humanitními počínaje a matematickými disciplinami konče. Negativní bylo, a to mne snad ani nepřekvapilo, jak se někteří nepřející snažili celý projekt zastavit a někdy i pošpinit. Naštěstí mezinárodní hodnotící komise tomu udělala přítrž a projekt ve finále podpořila. www.it4i.cz /// info@it4i.cz facebook.com/it4innovations 3
Superpočítač bude k dispozici výzkumným týmům z celé ČR Open access v poslední době často požívané slovo ve výzkumné komunitě v souvislosti s možností využití výzkumné infrastruktury externími zájemci. Tento otevřený přístup založený na volné soutěži a výběru kvalitních návrhů bude aplikován rovněž v případě superpočítače IT4Innovations. Dle plánovaného zprovoznění klíčové infrastruktury projektu budou moci být od roku 2013 výpočetní prostředky superpočítače IT4Innovations využívány také externími zájemci. Realizační tým IT4Innovations v současné době již rozpracovává základní pravidla pro přidělování těchto prostředků. Na tomto místě uveďme aktuální plány. Výpočetní kapacity superpočítačového centra IT4Innovations budou rozdělovány ve třech základních režimech: 1. Výpočetní zdroje určené pro realizaci vlastních výzkumných programů; 2. Otevřený přístup k využití výpočetních kapacit ze strany jiných uživatelů; 3. Vyhrazený specifický přístup k využití výpočetních kapacit superpočítače ze strany jiných výzkumných infrastruktur národního významu. Pro druhý a třetí režim bude k dispozici ne méně než 50% všech výpočetních prostředků. Ty budou zejména vyhrazeny českým výzkumným týmům, zároveň však část těchto prostředků bude sloužit pro účely zapojení se do evropské výzkumné infrastruktury PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe) v rámci ESFRI. U otevřeného přístupu (režim 2) předpokládáme rozdělení zájemců do třech základních skupin dle velikosti požadovaných výpočetních prostředků, a to na základě tzv. účtovacích jednotek (zkratka bu billing unit), kdy 1 bu se rovná jedné hodině reálného času přidělení jednoho výpočetního elementu (jádra): malé alokace (do několika tisíc účtovacích jednotek/měsíc) pro okamžité krátkodobé výpočty menšího rozsahu, snadno dosažitelné i pro jednotlivce včetně Ph.D. studentů střední alokace (desítky tisíc účtovacích jednotek/měsíc) budou určeny především pro pravidelné využívání uživatelskými komunitami za účelem plnění jejich výzkumných cílů velké alokace (v řádu stovek tisíc účtovacích jednotek/měsíc) pro projekty využívající významnou část celkového výpočetního výkonu po delší období V případě velkých alokací se žádosti budou podávat k termínům vyhlašovaným 2x ročně. Jejich vyhodnocení a oznámení výsledku by nemělo být delší než 1 měsíc. V případě malých a středních alokací budou aplikovány flexibilnější režimy (aktuálně jsou zvažovány průběžné, resp. tříměsíční intervaly). U dedikovaného přístupu (režim 3) je plánován odlišný režim, který bude spočívat na smluvním zakotvení podmínek dlouhodobější spolupráce. V současné době dostává tento režim konkrétní podoby zejména při spolupráci s Centrem výzkumu globální změny AV ČR, v.v.i. - CzechGlobe. A nejenom jim docent Kamil Postava, výzkumný program Modelování pro nanotechnologie Výzkumné programy IT4I: IT pro řešení krizových situací Numerické modelování pro řešení inženýrských problémů Knihovny pro paralelní výpočty Modelování pro nanotechnologie IT pro zpracování znalostí Metody soft computing s aplikacemi pro superpočítač Rozpoznávání a prezentace informací z multimediálních dat Bezpečné a spolehlivé architektury, sítě a protokoly www.it4i.cz /// info@it4i.cz facebook.com/it4innovations 4
Technické parametry SC IT4INNOVATIONS Superpočítačové centrum se bude budovat postupně v letech 2012 až 2014 ve dvou hlavních etapách. V první etapě v roce 2012 dojde k pořízení menšího výpočetního clusteru, který se svými 256 výpočetními uzly architektury x86 bude dosahovat celkového špičkového výkonu až 68 TFLOP/s a disponovat celkem 12 TB paměti RAM. Doplňovat jej bude systém úložných kapacit tvořený několika úrovněmi úložných technologií, který dosáhne svou kapacitou přibližně 1 PB. Budou použity jak rychlé, tak i vysokokapacitní diskové prvky, tak aby byla dosažena požadovaná velikost a propustnost celého úložiště. Pro výzkum v oblasti využití GPU akcelerace bude pořízen menší 50 uzlový cluster architektury x86 s 2,4 TB paměti RAM, plně osazen GPGPU akcelerátory s předpokládaným výkonem až 35 TFLOP/s. U obou těchto výpočetních clusterů bude použita technologie Infiniband (40 Gb/s) na zajištění rychlé komunikace mezi jednotlivými uzly. Dále bude pořízen specializovaný systém s důrazem na optimální běh výpočtů v oblasti modelování globálních změn klimatu, kde špičkový výkon by měl být až 27 TFLOP/s. Tento systém bude doplněn vlastní úložnou kapacitou až do velikosti 5 PB, tvořenou kombinací diskových polí a páskových knihoven s důrazem kladeným na úložnou kapacitu před vysokou propustností. Harmonogram realizace: červenec 2011 start vybraných výzkumných programů říjen 2011 zahájení výstavby Výzkumného centra informačních technologií při VUT první pololetí 2012 zahájení výstavby Superpočítačového centra IT4I při VŠB-TUO druhé pololetí 2012 pořízení malého výpočetního clusteru leden 2013 zahájení využívání malého clusteru a souvisejících zařízení červenec 2013 ukončení výstavby na VUT prosinec 2013 ukončení výstavby na VŠB-TUO druhé pololetí 2014 dokončení instalace a postupné zprovoznění tzv. velkého clusteru první pololetí 2015 zahájení plného provozu centra IT4Innovations Dostupnost těchto výpočetních a úložných kapacit bude zajištěna připojením do sítě CESNET s agregovanou rychlostí 20 Gb/s. V této etapě bude také pořízena část licencí výpočetního a vývojového software. V druhé etapě, která bude realizována v roce 2014, dojde především k pořízení výpočetního clusteru, který se svou předpokládanou výpočetní kapacitou 1 PFLOP/s a více než 30 tisíci jádry, s celkovou velikostí paměti RAM 40 TB, zcela nahradí původní cluster. Tato výpočetní kapacita bude doplněna dalšími úložnými prostředky o velikosti cca 3,5 PB s důrazem na diskové kapacity, tak aby byla zajištěna dostatečná propustnost pro všechny uzly nově pořízeného clusteru. Dále bude pořízen výpočetní systém se sdílenou pamětí (SMP resp. NUMA) o velikosti minimálně 2 TB a s 256 výpočetními jádry o předpokládaném výkonu 6 TFLOP/s. SMP/NUMA systém bude vybaven vlastním diskovým subsystémem o velikosti 20 TB pro potřeby dočasného úložiště výpočetních dat. Bude posílena síťová konektivita do CESNETu na alespoň 40 Gb/s. Pro potřeby vizualizace, především preprocessing a postprocessing výpočetních úloh, bude vybudováno vizualizační centrum, které bude obsahovat pracovní stanice s možností zpracovávat velké objemy dat projekčním zařízením. www.it4i.cz /// info@it4i.cz facebook.com/it4innovations 5
Partneři: Vysoká škola báňská Technická univerzita Ostrava Ostravská univerzita v Ostravě Slezská univerzita v Opavě Vysoké učení technické v Brně Ústav geoniky AV ČR w w w.i t4i.cz Výstavba superpočítačového centra je podpořena Operačním programem Výzkum a vývoj pro inovace. Celkový rozpočet projektu je 1,8 miliardy Kč. www.it4i.cz /// info@it4i.cz facebook.com/it4innovations 6