Supertietokoneet

Tie­to­ko­neet la­ji­tel­laan luok­kiin – mik­ro­tie­to­ko­neet, mini­tie­to­ko­neet, suur­tie­to­ko­neet ja su­per­tie­to­ko­neet – suo­ri­tus­te­hon ja hin­nan pe­rus­teel­la. Sel­vä­piir­tei­nen luo­kit­te­lu on kui­ten­kin hä­mär­ty­nyt jat­ku­van hin­to­jen las­kun ja ko­hon­neen suo­ri­tus­ky­vyn myö­tä. Su­per­tie­to­ko­neet ovat aina ai­kan­sa kal­leim­pia ja te­hok­kaim­pia tie­to­ko­nei­ta, joi­ta käy­te­tään moni­mut­kais­ten las­ken­nal­lis­ten teh­tä­vien suo­rit­ta­mi­seen. Ne mak­sa­vat usei­ta mil­joo­nia eu­ro­ja, eikä yri­tys­ten ole ta­lou­del­li­ses­ti jär­ke­vää hank­kia nii­tä yk­sit­täi­siin las­ken­ta­teh­tä­viin.

Tek­ni­nen ke­hi­tys te­kee ajan myö­tä te­hok­kaim­mas­ta­kin su­per­tie­to­ko­nees­ta ar­vot­to­man. En­tis­ai­ko­jen su­per­tie­to­ko­nei­den teh­tä­viä voi­daan­kin hoi­taa ny­kyi­sil­lä mik­ro­tie­to­ko­neil­la. Tek­nii­kan ke­hit­ty­es­sä kas­va­vat myös tar­peet ja vaa­ti­muk­set, ei­vät­kä su­per­tie­to­ko­neet si­ten iki­nä me­ne­tä tar­peel­li­suut­taan. Päin­vas­toin nii­den käyt­tö on li­sään­ty­nyt jat­ku­vas­ti. Tie­to­tek­nii­kan ke­hi­tys on ol­lut hui­maa ja si­ten su­per­tie­to­ko­nei­den käyt­tö­ikä on ol­lut mel­ko ly­hyt, vain noin 4-5 vuot­ta. Ny­kyi­set su­per­tie­to­ko­neet pys­ty­vät las­ke­maan yli kak­si tu­hat­ta mil­jar­dia las­ku­toi­mi­tus­ta se­kun­nis­sa. Ne ovat tu­hat ker­taa no­pe­am­pia kuin kym­me­nen vuot­ta sit­ten han­ki­tut ja nel­jä mil­joo­naa ker­taa no­pe­am­pia kuin kol­me­kym­men­tä vuot­ta sit­ten suo­ri­tus­ky­vyn hui­pul­la ol­leet tie­to­ko­neet.

CSC (Centre for Scientific Computing) on ope­tus­mi­nis­te­ri­ön omis­ta­ma tie­teen tie­to­tek­nii­kan kes­kus, joka tar­jo­aa kor­ke­a­kou­luil­le, tut­ki­mus­lai­tok­sil­le ja te­ol­li­suu­del­le tie­to­tek­nis­tä tu­kea, aut­taa tut­ki­muk­sien ma­te­maat­ti­ses­sa mal­lin­ta­mi­ses­sa, mal­lien numerisoinnissa, so­vel­lus­oh­jel­mien käy­tös­sä sekä tut­ki­mus­tu­los­ten vi­su­a­li­soin­nis­sa. CSC on ole­mas­sa, jot­ta tut­ki­jat voi­si­vat pa­rem­min kes­kit­tyä itse tut­ki­muk­seen. CSC muo­dos­taa meta­tie­to­ko­neen no­pei­den tie­to­lii­ken­ne­yh­teyk­sien avul­la useis­ta eri su­per­tie­to­ko­neis­ta sekä tie­to­kan­ta- ja in­for­maa­ti­o­pal­ve­li­mis­ta. Tätä Suo­men te­hok­kain­ta ja moni­puo­li­sin­ta su­per­las­ken­ta­ym­pä­ris­töä pääs­tään käyt­tä­mään Funet-tie­to­lii­ken­ne­yh­teyk­sien kaut­ta. CSC tar­jo­aa myös mit­ta­vat tie­dos­to- ja ar­kis­to­pal­ve­li­met tu­lok­sien tal­len­ta­mi­seen sekä gra­fiik­ka­työ­a­se­mat tu­los­ten vi­su­a­li­soin­tiin. Kes­keis­tä tie­teen tie­to­tek­nii­kan kes­kuk­sen toi­min­nas­sa on kan­sain­vä­li­nen yh­teis­toi­min­ta ja sen re­surs­se­ja käyt­tää vuo­sit­tain 2000 tut­ki­jaa. Ak­tii­vi­sim­pa­na käyt­tä­jä­ryh­mä­nä ovat fyy­si­kot, sil­lä suur­teho­las­ken­taa käy­te­tään lä­hes kai­kil­la te­o­reet­ti­sen fy­sii­kan aloil­la.

Esi­mer­kik­si lai­van käyt­täy­ty­mis­tä syys­myrs­kys­sä tai ydin­rä­jäy­tys­tä on tur­val­li­sem­paa ja var­mas­ti hal­vem­paa tut­kia tie­to­kone­a­vus­tei­ses­ti kuin käy­tän­nön ko­kei­ta suo­rit­ta­mal­la. Mal­lin­ta­mi­nen ja si­mu­loin­ti ovat­kin tär­keä osa nyky­ajan tut­ki­mus­ta ja tuo­te­ke­hi­tys­tä. Ma­te­ri­aa­li­fy­siik­ka käyt­tää pal­jon su­per­tie­to­ko­nei­ta tut­kies­saan ai­nei­den omi­nai­suuk­sia ato­mi­ta­sol­la. Si­mu­loin­tia har­ras­te­taan myös len­to­ko­neen sii­ven ym­pä­ril­lä ole­vien ilma­vir­taus­ten tut­kin­nas­sa. Voi­daan­pa su­per­tie­to­ko­neil­la tut­kia sekä ve­ren vir­taa­mis­ta veri­suo­nis­sam­me että ge­neet­ti­siä omi­nai­suuk­si­am­me­kin. Esi­merk­ki arki­päi­väi­ses­tä tie­teen tie­to­tek­nii­kan käy­tös­tä on sään en­nus­ta­mi­nen. Sa­tel­lii­tit lä­het­tä­vät maan pin­nal­le päi­vit­täin mil­jar­de­ja mit­taus­tu­lok­sia ilma­ke­hän ti­las­ta, joi­den pe­rus­teel­la las­ke­taan sään nyky­ti­laa sa­to­ja ker­to­ja päi­väs­sä tu­han­sia rin­nak­kai­sia pro­ses­so­rei­ta käyt­tä­en. Nu­mee­ri­ses­sa mal­lis­sa ilma­kehä muo­dos­te­taan isos­ta jou­kos­ta las­ken­ta­pis­tei­tä ja sää esi­te­tään näi­den pis­tei­den omi­nai­suuk­si­na, jot­ka riip­pu­vat toi­sis­taan ja naa­pu­ri­pis­tei­den omi­nai­suuk­sis­ta. Riip­pu­vuu­det on kir­joi­tet­tu yh­tä­löik­si, joil­la ku­va­taan jon­kin omi­nai­suu­den muu­tos­ta ajan funk­ti­o­na. Sään en­nus­ta­mi­ses­sa kii­re aset­taa ko­vat vaa­ti­muk­set las­ken­ta­te­hol­le, sil­lä huo­mi­sen sää­en­nus­teel­la ei ole pal­jon käyt­töä jos se val­mis­tuu vas­ta yli­huo­men­na. Ilma­tie­tei­den lai­tok­sen sää­en­nus­teet las­ke­taan CSC:n su­per­tie­to­ko­neil­la pääs­ten 99 % to­den­nä­köi­syy­teen.

Eräs maa­il­man te­hok­kaim­mis­ta su­per­tie­to­ko­neis­ta on Earth Simulator Ja­pa­nin Yokohamassa. Se si­säl­tää 5120 pro­ses­so­ria, jois­ta jo­kai­nen las­kee kah­dek­san mil­jar­dia las­ku­toi­mi­tus­ta joka se­kun­ti. Su­per­tie­to­ko­nei­ta var­ten ra­ken­ne­tus­sa Hartwall-aree­nan ko­koi­ses­sa hal­lis­sa kes­ki­ty­tään ai­no­as­taan yh­den, var­sin arki­päi­väi­sen oh­jel­maan, aja­mi­seen. Ko­neet pyö­rit­tä­vät maa­pal­lon ilma­ke­hää ja val­ta­me­riä si­mu­loi­vaa mal­lia, jon­ka avul­la las­ke­taan sää­tila koko maa­pal­lol­la 15 se­kun­nin aika­vä­lein ja 10 kilo­met­rin paik­ka­vä­lein.