AI skapar sug efter super­datorkraft

Ett högljutt surrande fyller dator­hallen. Det finns hörselkåpor att låna, upplyser Björn Alling. Han är föreståndare för nationellt super­datorcentrum vid Linköpings universitet. Framför oss står Berzelius, en av Sveriges största superdatorer. Dag som natt jobbar den med uppgifter som att räkna ut egenskaper hos nya material eller effekten av nya läkemedelskandidater.

Med hjälp av Berzelius kan forskare analysera gigantiska mängder data. Allt oftare sker analysen med hjälp av AI, något som superdatorn är extra bra på tack vare en speciell typ av processorer som döljer sig bakom guldfärgade paneler. Det handlar om så kallade grafikprocessorer, gpu:er.

– Från början utvecklades de för att göra häftig grafik i datorspel, men de har också visat sig passa väldigt bra för att träna stora AI-modeller, säger Björn Alling.

Berzelius invigdes 2021 och har bland annat använts för att bygga den svenska språkmodellen, GPT-SW3. Förra året uppgraderades superdatorn med ännu fler gpu:er och snart kommer Berzelius att få sällskap av ett betydligt större syskon. I Lin­köping pågår som bäst planeringen av Sveriges hittills största superdator, Arrhenius.

– Den kommer att få lika stor kapacitet som alla superdatorer för forskning som finns i Sverige, säger Björn Alling, som även är tillförordnad chef för NAISS (National academic infrastructure for supercomputing in Sweden), en nybildad organisation för att samordna den akademiska användningen av superdatorer i Sverige. Det är också NAISS som kommer att få ansvar för Arrhenius.

Den snabba utvecklingen av AI och suget efter allt större beräkningskraft inom de flesta vetenskapsområden gör superdatorer till en strategiskt viktig resurs. Utan tillgång till superdatorer riskerar forskare och företag att hamna på efterkälken.

Arrhenius blir den första svenska superdatorn som ingår i EU:s stora satsning på att bygga upp ett nätverk av superdatorer inom unionen. Satsningen går under namnet Euro HPC och har en budget på omkring 80 miljarder kronor. Syftet är att Europa ska hänga med i den globala kapplöpningen om superdatorkraft som leds av USA, Japan och på senare år även Kina.

Enligt Björn Alling, som själv forskar inom materialfysik, drivs utvecklingen av AI i kombination med allt kraftfullare datorer. Samtidigt utvecklas nya vetenskapliga metoder som gör det möjligt att göra allt mer realistiska modeller och simuleringar av verkligheten.

– Vi närmar oss en närmast matematisk för­ståelse av naturen som kan stoppas in i riktigt kraftfulla datorer. Men för att bli tillräckligt nog­granna blir modellerna väldigt komplicerade och det kräver tunga beräkningar.

Innan vi går vidare kanske det är på sin plats att ställa frågan vad som egentligen definierar en superdator. Förenklat är det en stor och kraftfull dator som i grunden består av tusentals datorer, som är sammankopplade med ett mycket snabbt dator­nätverk. Kikar man på baksidan av skåpen som hyser Berzelius datorkretsar ser man ett myller av datorkablar som binder ihop de olika delarna.

Varje dator har en ”hjärna” i form av en processor där beräkningarna sker. Tidigare bestod superdatorernas hjärna av ”vanliga” processorer, cpu:er, men på senare år har grafikprocessorerna tagit över allt mer. Det beror på gpu:ernas förmåga att jobba med flera delproblem samtidigt, så kallad parallellisering. Tack vare den förmågan går det att lösa problem med en superdator som inte går att lösa på en vanlig dator.

– Summan blir mer än delarna, säger Björn Alling och förklarar att gpu:er har en lite lägre noggrannhet än cpu:er. Superdatorer är därför i regel uppbyggda av en cpu-del och en gpu-del, där cpu-delen används för beräkningar som kräver hög noggrannhet eller som inte är anpassade för att köras på gpu:er.

Arrhenius väntas stå klar under första halvåret 2025. Den planerade beräkningshastigheten blir 40 petaflops, där flops står för flyttalsberäkningar per sekund. Det är det klassiska sättet att mäta prestandan hos en superdator och kan översättas med hur många enkla beräkningar, till exempel en addition av två tal, som datorn klarar varje sekund.

Även om Arrhenius med sina 40 petaflops blir störst på hemmaplan så rankas den i den internationella superdatorligan som ”medelstor”. Etta på listan över världens 500 snabbaste superdatorer är Frontier på det statliga forskningsinstitutet Oak Ridge national laboratory i Tennessee, USA. Frontier blev vid lanseringen 2022 den första superdatorn som klarar en exaflop, där prefixet ”exa” står för en triljon, en etta följd av 18 nollor.

Varje gång superdatorerna spränger vallen för ett nytt prefix blir det stor uppståndelse och det talas om ett genombrott. Förra gången det hände var 2008 då en annan amerikansk superdator blev först med att nå petaflops, en etta med 15 nollor.

– Det blir som magiska tal som innebär att vi ännu en gång lyckats pusha teknikens gränser och bygga maskiner som är tusen gånger snabbare än den tidigare generationen, säger Per Öster, som leder enheten för avancerade datorberäkningar vid finska IT Center för forskning, CSC, ett statligt it-serviceföretag.

CSC är värd för Europas snabbaste super­dator, LUMI, som när den lanserades i juni 2022 intog plats tre i världen med sin kapacitet på 380 petaflops, men har därefter halkat ner till en femte­plats.

Precis som den kommande Arrhenius ingår LUMI i EU:s nätverk av superdatorer vilket innebär att även svenska forskare har tillgång till LUMI. EU-satsningen är viktig för både forskare och företag i Europa, säger Per Öster.

– Tidigare har det varit upp till varje land att bygga upp en egen kapacitet. Det har gjort att bara de större länderna i Europa vid enstaka tillfällen kunnat matcha investeringarna i USA, Japan och Kina. Nu kan vi åtminstone närma oss den nivån.

En annan viktig drivkraft är oberoende, påpekar han. Genom att bygga egna stora superdatorer blir Europa mindre beroende av övriga världen för AI-modellering och tunga vetenskapliga beräkningar. Det gäller även de halvledare som utgör datorernas ”hjärna” och där mycket av tillverkningen sker i Asien. I somras klubbade EU en ny förordning, European chips act, med målet att öka Europas halvledarproduktion.

Forskare står på kö för att använda LUMI. Många vill använda superdatorn för att bygga stora AI-modeller. Hittills har nära hälften av kapaciteten använts för olika AI-relaterade projekt. Precis som Berzelius har LUMI ett stort antal grafikprocessorer, gpu:er, som lämpar sig för just AI.

– Ändå hade vi inte väntat oss att det skulle bli så mycket, så snabbt, säger Per Öster.

Andra projekt handlar om att bygga modeller och göra simuleringar av solstormar, issmältningen i Antarktis och hur stjärnor bildas i rymden. LUMI spelar också en nyckelroll i det spektakulära EU-projektet Destination earth, med målet att bygga en digital kopia av jorden.

Trots att det bara gått två år sedan invigningen av LUMI planerar Finland redan för nästa superdator. I början av mars meddelade den finska regeringen att man är beredd att satsa upp till 250 miljoner euro på en ny europeisk superdator. Och planer smids inte bara i Finland. I USA byggs ytter­ligare två maskiner i ”exa-skala”. Kina gör också stora investeringar och har enligt uppgift redan två superdatorer som är uppe i samma hastighet, även om det inte tillkännagivits offentligt.

Europas första superdator för exaflops byggs vid superdatorcentret i tyska Jülich. Den kallas Jupiter och beräknas stå klar under första halvåret 2025.

– Den stora utmaningen med att bygga en så stor maskin är att koordinera de miljontals beräknings­enheterna, säger centrets chef Thomas Lippert.

På frågan om vad Jupiter kan användas till tar han upp finmaskiga klimatmodeller som kan ta hänsyn till molnbildning på ett bättre sätt än tidigare. Andra tillämpningar är simuleringar av hjärtat och hjärnan, liksom detaljerade simule­ringar av flygplan i luften, där beteendet hos minsta komponent finns med.

Träning av stora AI-modeller är ett annat självklart användningsområde.

– Vi tror att minst 30 till 50 procent av Jupiters kapacitet kommer att användas för AI, säger Thomas Lippert.

Den här artikeln uppdaterades senast 2024-06-11 klockan 11:45.