Det kræver lange rækker af processorer og grafikkort for at løse nogle af de store forskningsspørgsmål, som danske forskere kæmper med i disse år, eksempelvis optimering af klimamodeller, nybrud inden for materialeforskning og helgenomsekventering af DNA til behandling af sjældne sygdomme.
Nu bliver der skruet op for antallet af tilgængelige regnetimer, som danske forskere har adgang til på supercomputere i både Danmark og Finland. Danish e-infrastructure Cooperation (DeiC), der driver den danske forskningsinfrastruktur, har åbnet for den første runde regnetid på fire nye nationale High Performance Computing-anlæg, bedre kendt som supercomputere.
Samlet set skal der fordeles 13 millioner CPU-timer, og 127.000 GPU-timer på de fire danske HPC-anlæg, mens Danmark også skal fordele 14,5 millioner CPU-timer og 1,5 million GPU-timer på den store finske supercomputer LUMI, som Danmark er medejer af. Det er de sidste fire måneder af 2022, der skal fordeles.
»Vi er utroligt glade for, at det store samarbejde om det nationale HPC-landskab nu udmønter sig i, at vi kan åbne for første runde med ansøgninger til de nationale ressourcer. Og vi ser meget frem til at få spændende ansøgninger fra alle universiteter og forskningsområder,« siger Gitte Kudsk, direktør i DeiC.
Regnetiden på danske supercomputere er delt mellem de enkelte otte universiteter, som driver supercomputerne og en national pulje, som alle danske forskere kan søge via.
»Vores forventning er, at der er plads til alle, men vi håber, at vi får mange ansøgninger, og at de kommer fra et bredt udsnit af de danske forskningsmiljøer,« siger Eske Christiansen, HPC-chef hos Deic.
Eske Christiansen forventer, at de fleste ansøgninger vil komme fra mindre forskningsprojekter, da antallet af regnetimer er begrænset af den forholdsvis korte periode på fire måneder fra september til december. Fra 2023 bliver regnetiden tildelt over seks måneder. Udover de fire nye typer af nationale HPC-anlæg kan danske forskere også søge om regnekraft gennem det europæiske EuroHPC-samarbejde.
»De større projekter med væsentlig større behov for regnekraft vil enten vente til 2023 eller søge regnekraft i EuroHPC-regi. Vi kommer til synkronisere ansøgningsrunderne med de europæiske anlæg i EuroHPC-samarbejdet. Her er regnetiden faktor 100 af den nuværende danske kapacitet, men konkurrencen om regnetiden er tilsvarende også hård,« siger Eske Christiansen.
De naturvidenskabelige og tekniske forskningsmiljøer har historisk størst tradition for at anvende HPC-anlæg. Deic ønsker dog at brede adgangen ud. Derfor har Deic dedikeret 30 procent til hovedområderne teknisk, naturvidenskabelig og sundhed, mens humaniora, jura, teologi og samfundsvidenskab også har 30 procent, men de resterende 40 procent fordeles uafhængig af forskningsfelt efter ansøgning.
»Vi vil gerne markere, at vi vægter begge hovedområder lige meget. Hvis der ikke er ansøgninger nok inden for det ene hovedområde, flyttes ressourcerne videre, så ingen regnetimer går tabt,« siger Eske Christiansen.
Udover de fire danske supercomputere, som fysisk er placeret på DTU, Aarhus Universitet, SDU og Aalborg Universitet, har danske forskere adgang til regnekraft på den nye store supercomputer LUMI, som et konsortium på ti europæiske lande har finansieret med støtte fra EU. Her er de første erfaringer positive.
»Vi har gennemført fire danske pilotprojekter med succes. Den største danske projekt - et forskningsprojekt om kvantekemi - udførte beregninger på en måned, som svarer til det samlede danske regnekraft på et år. Så der er ingen tvivl om, at vores regnetid på LUMI har stor betydning,« siger Eske Christiansen.
For at opnå så mange beregninger er LUMI overvejende baseret på grafikkort, GPU’er( Graphics Processing Unit), i stedet for de mere konventionelle processorer, kendt som CPU’er( Central Processing Unit).
CPU’en udmærker sig ved at være generel og have adgang til et stort arbejdslager, så den passer til alle problemtyper. GPU’en kræver til gengæld, at beregningerne udtrykkes som vektor-operationer. Derudover har den et mindre arbejdslager, fordi beregningerne bliver foretaget parallelt på samme tid.
Mens CPU-delen af LUMI er sat i drift, så er accelerator-delen med GPU’er forsinket. Den skulle egentlig være sat i drift i december, men det er nu udskudt til en gang i løbet af foråret, muligvis først til sommer.
»Man er hårdt ramt af den globale chip- og komponentkrise. Det er især alle komponenter til integration, fx kabler til interconnects som mangler,« siger Eske Christiansen.
Forsinkelser koster dagsbøder til leverandører som AMD, og de ekstra midler anvendes så til at investere i yderligere hardware på LUMI. Indtil videre er det planen at GPU-delen sættes i drift til september.
»LUMI er et søsterprojekt til det store amerikanske Frontier-projekt, der bliver dobbelt så stor. Det betyder på den ene side, at vi måske slipper for nogle børnesygdomme, men omvendt kan tidsplanen også rykke sig,« siger Eske Christiansen.
Han fortæller, at det europæiske supercomputer-landskab er forholdsvist broget, når det handler om hvilke systemer og sprog, der investeres i for tiden.
»Vi ser investeringer hos både Nvidia, AMD og FPGA’er. Generelt er der meget gang i acceleratorer som GPU’er og FPGA’er. Det betyder, at ens kode skal være gearet til at blive afviklet på forskellige platforme og forskellige programmeringssprog,« fortæller Eske Christiansen.
Hos Deic lægger de derfor tid og kræfter i at gøre danske forskere i stand til at arbejde med såkaldte meta-programmeringslag, hvor der er fokus på at designe en arkitektur, så en compiler automatisk oversætter koden til en række forskellige programmeringssprog.
»Vi er endnu ikke helt der, hvor der ikke går regnekraft og arbejdstimer tabt, og der er stadig behov for vejledning til kodemigrering, fordi man skal justere koden efter de forskellige systemer. Men det går i den rigtige retning,« siger Eske Christiansen.
På den store LUMI-computer har AMD eksempelvis udviklet værktøjet HIPIFY, der oversætter forskellige typer kode til AMDs eget programmeringsprog HIP, der bruges til at afvikle programmer på AMDs GPU’er.
»Overordnet sker der rigtigt meget, især inden for acceleratorer, grafikkort og FPGA’er. Det går faktisk hurtigere, end vi har forventet. Vi nærmer os exaskala(den symbolske grænse ved 10^18 floating point operations per second, altså en milliard milliarder beregninger, red). Det bliver et paradigmeskift for mange forskeres kode. Men så store spring giver også udfordringer i forhold til eksempelvis synkronisering af tid,« siger Eske Christiansen.
LUMI-supercomputeren er første gang en europæisk supercomputer når halvvejs til exaskala.
Den voksende anvendelse af supercomputere fik regeringen og universiteterne til at gå sammen om at udarbejde ny strategi på området, som blev færdig i slutningen af 2018, og det er dele af den strategi, der nu bliver udmøntet.
Universiteterne og Uddannelses- og Forskningsministeriet finansierer halvdelen af satsningen hver. Samtidig er supercomputer-indsatsen nu skrevet ind i budgetudkastet for finansloven, så udgifterne til danske supercomputere automatisk overføres til næste år.
Læs også: Frustrerede universiteter advarer: Finansieringen vakler under dansk supercomputer-strategi
Der er dog fortsat et stykke fra den faktiske finansiering på finansloven til det strategiens anbefalinger, og senest har Ingeniørforeningen IDA og kvantefysiker og seniorrådgiver på DTU Fysik Ulrich Busk Hoff opfordret til at der politisk afsættes flere midler til at styrke forskningsinfrastrukturen i Danmark med flere regnetimer på supercomputere.
