Wykorzystanie superkomputerów do reagowania na dynamiczne sytuacje kryzysowe w czasie rzeczywistym
Superkomputery pojawiły się ponad 50 lat temu, a ich rozwój przebiega w błyskawicznym tempie. Motorem tego rozwoju są kolejne zastosowania komputerów, od ściśle tajnego modelowania wybuchów jądrowych w latach 60. ubiegłego wieku po przewidywanie zmiany klimatu czy symulacje fizyki Wszechświata w czasach współczesnych. Obecnie jesteśmy bliscy możliwości wykorzystania superkomputerów do przewidywania i reagowania na zdarzenia mające znaczący wpływ na środowisko, społeczeństwo i gospodarkę w czasie rzeczywistym, do tego potrzebne są jednak rozwiązania w zakresie oprogramowania oraz efektywne zarządzanie zasobami. Konsorcjum 11 partnerów połączyło siły w ramach finansowanego przez UE projektu VESTEC, aby zweryfikować wykonalność i przydatność wykorzystania europejskich superkomputerów do wspierania podejmowania pilnych decyzji w czasie rzeczywistym w zakresie zarządzania kryzysowego.
Innowacyjne połączenie dużych zbiorów danych, redukcji danych i analizy danych
W terenie można pozyskiwać w czasie rzeczywistym ogromne ilości danych o dużej szybkości w celu wykrywania i monitorowania zdarzeń takich jak pożary lasów lub zjawiska pogodowe w przestrzeni kosmicznej. Mogą one pochodzić z takich źródeł jak media społecznościowe czy czujniki. W celu ich wykorzystania opracowano techniki fuzji danych. Innowacyjne techniki redukcji danych VESTEC znacząco zmniejszają wymagania dotyczące zarówno przetwarzania, jak i przechowywania danych oraz umożliwiają efektywne i szybkie przekazywanie najważniejszych informacji decydentom. „Na potrzeby szacowania niepewności tworzymy również jednocześnie wiele różnych symulacji prognoz. Te zestawy mogą następnie ujawnić dodatkowe cechy, takie jak najbardziej prawdopodobna droga pożaru lasu w ciągu następnej godziny”, wyjaśnia koordynatora projektu Andreas z Gerndt Niemieckiego Centrum Lotnictwa i Kosmonautyki. Do najciekawszych rezultatów projektu należą interaktywne obliczenia superkomputerowe, wykorzystujące jednocześnie kilka superkomputerów. Pozwalają one na integrację tych wysokowydajnych analiz dużych zbiorów danych z działającymi symulacjami w celu ciągłego zwiększania dokładności przewidywań i modeli pojawiających się zjawisk o krytycznym znaczeniu czasowym. Gerndt dodaje, że „różne symulacje, na przykład pogody i pożarów, mogą być łączone i analizowane na bieżąco”.
Rozsądne wykorzystanie zasobów superkomputerowych pozwala uzyskać lepsze wsparcie
Gdy pojawia się pilna potrzeba wsparcia decyzji, problemem staje się brak możliwość łatwego przerwania bieżących zadań wykonywanych przez superkomputery. Zespół VESTEC zaproponował i zademonstrował przydatność rezerwowania części zasobów w najpotężniejszych superkomputerach w Europie. Jeśli wiele superkomputerów oferuje zasoby w tym samym czasie dla tego samego incydentu, rozwiązanie to staje się jeszcze skuteczniejsze, gdyż umożliwia wydajne i przejrzyste planowanie interaktywnego wykorzystania superkomputerów.
Pożary lasów, choroby przenoszone przez komary, pogoda kosmiczna, a nawet pandemie
Zespół VESTEC potwierdził ogólną możliwość zastosowania tych rozwiązań w trzech bardzo istotnych i zróżnicowanych przypadkach użycia, dotyczących pożarów lasów, wiatru słonecznego (który ma istotny wpływ na infrastrukturę krytyczną) oraz chorób przenoszonych przez komary, stanowiących coraz poważniejszy problem ze względu na postępującą zmianę klimatu. Innowacyjna technika wizualizacji dużych zbiorów danych umożliwiająca znajdowanie największych skupisk komarów roznoszących choroby okazała się bardzo przydatna dla ekspertów z tej dziedziny. Tego rodzaju platforma będzie także niezwykle pomocna w przypadku kolejnych pandemii. „Niemiecki minister zdrowia przedstawił wizję »radaru pandemicznego«, który miałby obejmować wszystkie zróżnicowane źródła danych i oferować jeden pulpit do analizy wizualnej”, dodaje Gerndt. „Jego podstawą może stać się system VESTEC ze względu na możliwość szacowania niepewności w celu oceny kilku wariantów rozwoju sytuacji kryzysowej”. Zademonstrowanie znaczącego pozytywnego wpływu, jaki rozwiązania VESTEC mogą mieć na środowisko, społeczeństwo i gospodarkę Europy, powinno pomóc w otwarciu drzwi centrów obliczeniowych o wysokiej wydajności, co pozwoli na ich wdrożenie.
Słowa kluczowe
VESTEC, superkomputer, duże zbiory danych, pandemia, symulacje, obliczenia superkomputerowe, zarządzanie kryzysowe, obliczenia o dużej wydajności, pogoda kosmiczna, pożary środowiskowe
