Divni novi svijet: Revolucija superračunala u našoj svakodnevici

Godina 2024. završila je jednim od najvećih napredaka u računalstvu – prvim „korisnim“ kvantnim čipom. Alphabet je priopćio da je njihovo računalo s novim kvantnim čipom Willow nadmašilo superračunalo Frontier u izvođenju poredbenog algoritma te u nekoliko minuta izračunalo nešto za što bi Frontieru bilo potrebno 10 kvadrilijuna (10²⁵) godina. Sljedeći Googleov zadatak: otkriti primjenu sve te teoretske moći, što će potrajati još godinama, možda desetljećima. Dotad države ubrzano razvijaju superračunala koja se eksponencijalno povećavaju, postaju brža i predstavljaju temelj za razvoj umjetne inteligencije (UI).

Njihova korisnost postala je neophodna u svakodnevnom životu, omogućujući razvoj brzinama koje su nam prije samo deset godina djelovale nevjerojatno. Ako mislite da se razvoj takvih računala odvija samo u najrazvijenijim zemljama i tehnološkim centrima, griješite, jer brojne zemlje u Europi, uz pomoć sredstava EU-a, razvijaju vlastite kapacitete. Slovenska Vega u Mariboru još je prije nekoliko godina bila među 50 najbržih računala na svijetu, dok su u Hrvatskoj i Srbiji također razvijena superračunala koja su, kad su izrađena, bila među 500 najmoćnijih na svijetu po računalnoj snazi.

Važnost tehnološki napredne infrastrukture prepoznala je i Europska unija, koja je krajem 2024. predstavila plan vrijedan 1,5 milijardi eura za izgradnju sedam superračunala optimiziranih za UI. Te investicije i razvoj nisu bez razloga. Superračunala, odnosno visokoučinkovito računalstvo (engl. high performance computing – HPC), ističu se među drugim tehnologijama jer mogu obraditi velike količine podataka i izvoditi složene algoritme velikom brzinom.

Osim razvoja umjetne inteligencije, superračunala su posebno korisna za složene izračune, poput onih koji se koriste za dugoročne vremenske prognoze, otkrivanje lijekova za nove bolesti i njihovih interakcija s organizmom, proučavanje interakcija elementarnih čestica te simulacije potresa, požara, vjetroturbina ili naprednih automobila.

U Sloveniji, Hrvatskoj i Srbiji kapaciteti su dostupni istraživačima, državnim institucijama i tvrtkama koje trebaju brže i moćnije kapacitete koje same ne bi mogle financirati. Pogledajmo što se sve razvija i što nam te mogućnosti omogućuju već danas.

STA

Slovensko računalo i Jurij Bartolomej Vega

U Mariboru radi najmoćnije superračunalo u Sloveniji. Zapravo, HPC Vega daleko je najsnažnije superračunalo u Sloveniji, a njegova snaga od 6,9 petaflopsa (6,9 milijuna milijardi operacija u sekundi) znatno premašuje sve druge računalne kapacitete u državi. Pri pokretanju 2021. godine, Vega je bila među 50 najmoćnijih superračunala na svijetu.

Računalnu snagu Vege koriste korisnici iz industrije i akademske zajednice. Na Fakultetu za računalstvo i informatiku Sveučilišta u Mariboru Vega se koristi za otkrivanje deepfakeova metodama otkrivanja anomalija. Tvrtka Gorenje, primjerice, koristi mogućnosti superračunala za izračun protoka zraka u kućanskim aparatima.

Tvrtke mogu dobiti pristup superračunalu Vega, koje se nalazi u samom središtu Maribora u zgradi Instituta informacijskih znanosti (Izum), na komercijalnoj osnovi uz plaćanje ili djelomično, odnosno subvencionirano, izjavio je Dejan Valh, voditelj sektora za superračunalstvo pri Izumu.

Među tvrtkama koje koriste superračunalo Vega su i In Silico iz Hrvatske (za proračune valova u obalnim područjima i iskorištavanje brodskih turbina), Xlab i Agenda za jezične modele i umjetnu inteligenciju te Algorithmiq iz Finske za provjeru izračuna kvantnih računala.

U Gorenju su, zahvaljujući simulacijama protoka zraka u pećnici i pripadajućem rashladnom sustavu iznad nje, poboljšali ventilaciju pećnice. Vrijeme potrebno za izmjenu zraka u pećnici smanjeno je za polovicu, što omogućuje dodatne korisničke funkcije i pojednostavljuje konstrukcijska rješenja, napisao je u predstavljanju korištenja Vege doktor Jure Mencinger iz Gorenja.

U istraživačkom projektu "Otkrivanje deepfakeova metodama otkrivanja anomalija" (DeepFake DAD), znanstvenici planiraju razviti tehnologije za "automatizirane i pouzdane metode" za otkrivanje deepfakeova, čime bi se spriječilo širenje lažnih snimaka i kriminalnih djela koja deepfakeovi omogućuju.

"Postojeći detektori danas se temelje na jednostavnim karakteristikama slika koje se pokazuju učinkovitima samo u prepoznavanju nekoliko poznatih načina generiranja slika. Međutim, takvi pristupi često ne uspijevaju u otkrivanju deepfakeova generiranih nepoznatim ili novim metodama. Projekt DeepFake DAD usmjerit će se na razvoj novih metoda za otkrivanje deepfakeova, koje će se moći učiti na djelomično nadziran ili nenadziran način, bez korištenja objavljenih metoda za generiranje deepfakeova", stoji u opisu projekta, koji vodi profesor doktor Peter Peer s Fakulteta za računalstvo i informatiku Sveučilišta u Mariboru.

Glavni rezultat istraživačkog projekta bit će nove i robusne metode za otkrivanje deepfakeova, koje će platformama i krajnjim korisnicima omogućiti automatsko provjeravanje autentičnosti videozapisa te time spriječiti neželjene osobne, društvene, gospodarske i političke posljedice koje lažne i krivotvorene snimke mogu izazvati.

Istraživanja na HPC-u Vegi provode se u strateškim područjima za Europu: umjetna inteligencija, napredna analitika podataka, personalizirana medicina, bioinženjering, borba protiv klimatskih promjena te razvoj lijekova i novih materijala.

Vega IT

U Mariboru bi, prema planovima, do 2026. godine trebalo biti izgrađeno novo superračunalo vrijedno 100 milijuna eura. Projekt će biti sufinanciran s 50 milijuna eura bespovratnih sredstava Europske unije, dok će ostatak osigurati država. Novo superračunalo bit će prilagođeno za obradu velikih količina podataka, osobito satelitskih snimaka, uz pomoć umjetne inteligencije.

Planirano je da se superračunalo postavi pored hidroelektrane Mariborski otok, što će omogućiti izravnu opskrbu električnom energijom i učinkovito hlađenje sustava. Otpadna toplina nastala tijekom rada superračunala koristila bi se za grijanje okolnih zgrada u Mariboru.

U suradnji s Francuskom do najmoćnijeg računala u regiji

Srbija već koristi superračunala u zdravstvu

Do 2025. godine Srbija bi trebala dobiti dva nova superračunala za Državni podatkovni (data) centar (DDC) u Kragujevcu, koji će na tom području preuzeti vodeću poziciju u regiji. Iako je primjena superračunala raznolika, službenici i stručnjaci dosad su se uglavnom usredotočili na postignuća u području zdravstva.

Kada je krajem 2021. u DDC stiglo prvo superračunalo, radilo se o sustavu najnovije generacije. Državni vrh tada je najavio da će svi podaci iz domova zdravlja u Srbiji biti objedinjeni u centru u Kragujevcu. "Sve mamografske slike, sve rendgenske snimke dolaze ovamo i obradimo ih – milijun u (…) danu", izjavio je predsjednik Srbije Aleksandar Vučić prilikom otvaranja prve Nacionalne platforme za umjetnu inteligenciju, službenog naziva tamošnjeg superračunala temeljenog na Nvidijinim komponentama. Vrijednost tog superračunala bila je oko dva milijuna eura, dok je u izgradnju cijelog DDC-a, gdje svoje podatke sada pohranjuju svjetski tehnološki divovi poput IBM-a, Googlea i Oraclea, uloženo ukupno 55 milijuna eura.

UI softver za mamografiju razvijen na superračunalu

Superračunalo besplatno koriste sveučilišta, instituti i domaći startupi unutar znanstveno-tehnoloških parkova. Prema riječima Danila Savića, direktora Data Cloud Technologyja, koristi se za širok raspon aktivnosti, uključujući istraživanja, analize i eksperimente. "Trenutačno imamo potpisano 38 ugovora sa sveučilištima, institutima i fakultetima za besplatno korištenje superračunala. Najveću primjenu nalazi u treniranju UI modela, gdje čak 35 domaćih startupa koristi njegove resurse za razvoj svojih projekata."

To superračunalo dio je šire državne inicijative za razvoj domaćeg UI ekosustava. U tom okviru osnovano je Vijeće za umjetnu inteligenciju, prva strategija razvoja UI-ja donesena je 2019. godine (nova strategija planira se do 2030.), a 2021. osnovan je Istraživačko-razvojni institut za umjetnu inteligenciju. Taj je institut bio prvi korisnik superračunala u Kragujevcu i dosad je sudjelovao u različitim projektima, uključujući one iz područja zdravstva: računalno dizajniranje terapeutskih peptida, pilot-projekt primjene UI-ja za rano dijagnosticiranje Fabryjeve bolesti i razvoj platforme za dizajn malih terapeutskih molekula. Direktor Ureda za informatiku i e-upravu doktor Mihailo Jovanović pohvalio je njihov softver za automatsku analizu i klasifikaciju mamografija prema prioritetima. "Aplikacija označava sumnjiva područja na slikama i objašnjava zašto je UI algoritam zaključio da postoji problem, omogućujući radiolozima da se prvo fokusiraju na slike s najvišim prioritetom."

Prema Savićevim riječima, "softver za mamografiju s UI-jem razvijen je upravo na superračunalu za Institut za onkologiju i radiologiju Srbije, a tijekom razvoja dodane su funkcije koje su zahtijevali radiolozi".

Naglašava da svih pet istraživačkih timova Instituta koristi superračunalo za razvoj tehnologije. Osim zdravstvene grupe, tu su timovi koji se bave razvojem jezičnih tehnologija, računalnog vida, poboljšanja okoliša i poslovanja.

Veliki korisnik je i Institut za molekularnu genetiku i genetsko inženjerstvo, čiji podaci, koje obrađuje superračunalo, dosežu veličine od nekoliko desetaka terabajta, navodi Savić.

Superračunalo se koristi i izvan medicinskog sektora. "Osim Istraživačko-razvojnog instituta za UI, imamo nekoliko grupa koje rade na razvoju velikih jezičnih modela za srpski jezik. Te grupe djeluju na Rudarsko-geološkom fakultetu i Inovacijskom centru Elektrotehničkog fakulteta u Beogradu, Fakultetu za elektroniku u Nišu…", nabraja izvršni direktor Data Cloud Technologyja.

Startupi također razvijaju UI modele za različita područja. "Imamo UI za robotiku, prepoznavanje različitih entiteta, ljudskih emocija, predviđanja u poljoprivredi, ali i UI primjene u analizi podataka koje prikuplja opservatorij Vera C. Rubin, najveći teleskop na svijetu. Objekt je smješten u Čileu, a srpski tim znanstvenika s Astronomskog opservatorija, Matematičkog fakulteta u Beogradu i Fakulteta tehničkih znanosti u Čačku radi na razvoju softvera."

Govoreći o proširenju i primjeni superračunala, Jovanović je u prosincu izjavio da se o tome pregovara s francuskom vladom. "Riječ je o zajmu ukupne vrijednosti 50 milijuna eura", rekao je, naglašavajući da će Srbija do kraja 2025. nabaviti i instalirati najmoćnije superračunalo u regiji, pri čemu ostaje prioritet primjena UI-ja za poboljšanje uvjeta života svih građana. Prema Saviću, od tih 50 milijuna eura, 35 milijuna bit će uloženo samo u to veliko superračunalo.

"Drastično povećanje kapaciteta omogućit će da superračunalo i vrijeme korištenja budu dostupni većem broju institucija, kao i domaćim startupima, a u budućnosti i malim i srednjim poduzećima", rekao je za Bloomberg Adriju.

Kako se superračunala još koriste u zdravstvu?

Superračunala postaju moćan alat moderne medicine, pomažući bolje razumjeti određene bolesti, prepoznati genetske predispozicije za određena stanja, postaviti precizniju dijagnozu, odrediti terapiju, učinkovitije razvijati lijekove te predvidjeti njihove nuspojave. Pri pokretanju superračunala u DDC-u u Kragujevcu već se govorilo o tome kako bi poslužilo za analizu gena, omogućujući građanima uvid u njihove predispozicije za određene bolesti i načine njihove prevencije.

Svjetske ustanove već intenzivno koriste takve sustave u razne zdravstvene svrhe. Primjerice, Danski nacionalni centar za genome, vodeća svjetska institucija u obradi velikih količina raznovrsnih zdravstvenih podataka na području personalizirane medicine, koristi svoj superračunalni sustav za prikupljanje, analizu i integraciju ogromnih i raznolikih skupova podataka, poput tekstova iz pacijentovih kartona, rendgenskih snimki i genetskih podataka. "Superračunalo je toliko moćno da može otkrivati uzorke i veze, pružajući precizniju sliku o pacijentu koji će se liječiti", navodi se na mrežnoj stranici Centra.

Zanimljivi su i primjeri primjene superračunala tijekom pandemije COVID-19. "Tijekom pandemije superračunalo Hewlett Packard Enterprisea (HPE) pomoglo je znanstvenicima izolirati i identificirati protein šiljka virusa SARS-CoV-2. Prije korištenja superračunala, istraživači nisu mogli karakterizirati taj protein." Nakon toga, tvrtke i države mogle su planirati, razvijati, testirati i primjenjivati cjepiva. "Računalo je bilo sposobno obraditi milijune različitih skupova podataka o proteinima iz cijelog svijeta, analizirati ih u kontekstu proteina virusa SARS-CoV-2 i razumjeti svojstva dodanih proteina", izjavio je tadašnji izvršni potpredsjednik HPE-a Justin Hotard.

Očekivanja od primjene superračunala u medicini velika su. Predviđa se da će istraživački projekti na tom području nastaviti pridonositi skraćivanju vremena potrebnog za dizajn i testiranje lijekova, liječenju teških bolesti poput Alzheimerove ili raka, predviđanju širenja zaraznih bolesti, optimizaciji i personalizaciji liječenja te drugim područjima.

"Prvo exascale superračunalo u Europi sufinancirat će i EuroHPC, tvrtka koju je osnovala Europska unija radi razvoja visokokvalitetne računalne infrastrukture", podsjećaju u Data Cloud Technologyju. Njegova računalna snaga bit će iskorištena za stvaranje digitalnih blizanaca ljudskog srca ili mozga u medicinske svrhe, izvođenje simulacija za dobivanje jačih i lakših materijala, kompleksne klimatske simulacije i druge svrhe. Bit će dostupno startupima diljem Europe za obuku i primjenu generativnih modela umjetne inteligencije.

Vega IT

"Kada promatramo investicije najvećih svjetskih kompanija, jasno je da će i države sve više ulagati u infrastrukturu umjetne inteligencije. Jednostavno rečeno, UI se među svim novim tehnologijama koje je donijela četvrta industrijska revolucija pokazala kao tehnologija koja donosi najveće ekonomske koristi društvima i državama koje je prihvaćaju i primjenjuju", ocjenjuje Savić.

Istražuju što se događa unutar živih stanica

Kakva je hrvatska superračunalna infrastruktura?

Hrvatska trenutačno ima nekoliko superračunala. Superračunalo Supek nalazi se u podatkovnom centru Sveučilišnog računalnog centra Srce. Osim toga, uspostavljen je sustav za napredno računalstvo u oblaku Vrančić, koji je namijenjen širokom rasponu korisničkih aplikacija i sustava koji zahtijevaju specifično programsko okruženje te značajne procesorske i memorijske resurse.

"Osim nacionalnih superračunalnih resursa Srce, postoje i institucionalni resursi na pojedinim institucijama. Sveučilište u Rijeci raspolaže superračunalom Bura. Kada je uspostavljena 2015. godine, Bura je bila najmoćnije superračunalo u Hrvatskoj i nalazila se na 441. mjestu ljestvice 500 najmoćnijih sustava na svijetu", ističu u Hrvatskom centru kompetencija za HPC (HR HPC CC).

Dodaju kako postoji i više računalnih klastera na institucijama poput Državnog hidrometeorološkog zavoda ili Instituta Ruđer Bošković, koji se koriste za institucionalne potrebe i namijenjeni su specifičnim zahtjevima tih institucija i posebnim skupinama korisnika. Što se tiče korištenja tih resursa, Supek i Vrančić mogu se besplatno koristiti za provođenje istraživačkih projekata financiranih iz javnih izvora. To znači da ih mogu koristiti korisnici iz područja znanosti, javne uprave te malih i srednjih poduzeća.

"Koriste se i za izradu završnih, diplomskih, specijalističkih i doktorskih radova na javnim sveučilištima i javnim znanstvenim institutima te za provođenje praktične nastave. S druge strane, korištenje superračunala Bura ograničeno je prvenstveno na akademsku zajednicu Sveučilišta u Rijeci, s posebnim naglaskom na istraživačke projekte i znanstvenu produkciju. Omogućen je pristup privatnim korisnicima i poslovnim subjektima u suradnji s akademskim partnerima", naglašavaju u HR HPC CC-u.

Na primjeru Hrvatske, znanstvenici s Instituta Ruđer Bošković istraživali su lijekove protiv raka koristeći finsko superračunalo LUMI i slovensku Vegu te hrvatsko superračunalo Supek.

"Istraživali su što se događa unutar živih stanica, a superračunala su im omogućila provođenje detaljnih simulacija molekularnih interakcija koje bi inače zahtijevale godine rada na standardnim računalima", pojašnjavaju u HR HPC CC-u.

Daljnji razvoj mreže u Hrvatskoj

U HR HPC CC-u ističu da potreba za superračunalima u Hrvatskoj iz godine u godinu raste, kako u znanstvenom području tako i u gospodarstvu i javnoj upravi.

Prema posljednjim podacima Srca o korištenju superračunalne infrastrukture s početka godine, bilježi se stalni porast. Tijekom 2023. broj projekata povećao se za 60 posto u odnosu na 2022., dok je broj korisnika porastao za 35 posto. Superračunala su se većinom koristila u područjima računalne kemije, biologije, fizike i umjetne inteligencije, pri čemu su aplikacije umjetne inteligencije bile najviše opterećene zbog velikog interesa istraživača.

"U budućnosti se očekuje još veća potreba za računalnim kapacitetima, zbog čega je potrebno pravovremeno planirati nadogradnju specijaliziranim grafičkim procesorima prilagođenim za UI aplikacije", navode u HR HPC CC-u. Unatoč izazovima, smatraju da je Hrvatska s postojećim nacionalnim resursima i pristupom međunarodnim resursima napravila značajne korake u razvoju superračunala i HPC tehnologija. Također ističu važnost činjenice da je Hrvatska aktivan član EuroHPC JU Joint Enterprisea, organizacije koja radi na izgradnji HPC infrastrukture u Europi.

Naglašavaju kako je razvoj tehnologije kontinuiran, pa je potrebno razmišljati i planirati budućnost i buduće potrebe. "Potrebno je nastaviti istovremeno raditi na svim područjima – u znanosti, javnoj upravi i gospodarstvu, kako bi se HPC tehnologije iskoristile u svom punom potencijalu. Na razini Europske unije korištenje HPC tehnologija u znanosti i istraživanjima je na zavidnoj razini, no još uvijek nije postignut dovoljan prijenos znanosti u industriju i javnu upravu", zaključuju.

Divni novi svijet

Razvoj superračunala u regiji, od slovenske Vege preko hrvatskog Supeka do srpskih sustava, pokazuje da i manje države mogu uspješno konkurirati na globalnoj razini ako objedine viziju, znanje i podršku. Ti uspjesi dokazuju da napredna tehnologija i strateška ulaganja omogućuju napredak u ključnim područjima, poput zdravstva, klimatskih istraživanja, umjetne inteligencije i industrijskog razvoja.

Sposobnosti tih sustava nadilaze tradicionalnu uporabu i donose konkretne rezultate – od simulacija i analize podataka do razvoja rješenja koja izravno poboljšavaju kvalitetu života i omogućuju gospodarski napredak. Budućnost superračunalstva jasno je usmjerena prema većoj korisnosti i dostupnosti, što će tvrtkama, istraživačima i javnim ustanovama omogućiti da s manje sredstava postignu više.

Uz stalne nadogradnje i planiranje novih kapaciteta, ti će sustavi igrati ključnu ulogu u regionalnom i globalnom razvoju, pri čemu je suradnja među državama i institucijama ključna za iskorištavanje svih potencijala koje superračunalstvo donosi.

U pisanju članka sudjelovali su Ana Ristović, Urban Červek i Marta Premužak.