Ventil 5 / 2021 • Letnik 27 Kaj je to HPC Visokozmogljivo računalništvo, tudi superračunalni- štvo (v nadaljevanju HPC), predstavlja orodje za re- ševanje problemov, ki so preveč zapleteni za nami- zne ali prenosne računalnike. Velikost obravnavane analize je značilno omejena s količino RAMa, ki je na voljo. Zato je mogoče hitro analizirati podatkovne datoteke velikosti do nekaj GB. Z uporabo HPC pa lahko to omejitev povečamo na več PB (1.000.000 GB) s porazdeljenim shranjevanjem podatkov in z vzporedno obdelavo. Superračunalniki omogočajo tudi uporabo večjih (natančnejših) modelov za si- mulacijo delovanja novih izdelkov, materialov, zdra- vil itd., preden pričnemo z njihovo proizvodnjo. HPC kot orodje prihodnosti HPC predstavlja perspektivno področje za podjetja, ki se ukvarjajo z razvojem novih tehnologij. Hkrati je eden glavnih pospeševalcev sodobne znanosti, ki temelji na računsko intenzivnih metodah. Večina najbolj priljubljenih programskih orodij, ki jih upo- rabljajo raziskovalci, ni razvita za izkoriščanje ogro- mnih možnosti HPC. Raziskovalci morajo pogosto začeti z učenjem novih programskih orodij, preden začnejo (učinkovito) uporabljati HPC. Na Fakulteti za strojništvo stremimo k odpravljanju takih ovir z zbiranjem in deljenjem potrebnega zna- nja za uporabo HPC. Pri tem sodelujemo tako z do- mačimi kot tudi s tujimi partnerji pri izmenjavi znanj in dobrih praks. Naš cilj je približati orodja za delo s HPC inženirskemu kadru v Sloveniji. PRACE Partnerstvo PRACE (Partnerstvo za napredno raču- nalništvo v Evropi) promovira in omogoča upora- bo HPC ter na ta način spodbuja nova znanstvena odkritja in inženirske raziskave. Partnerstvo PRACE sestavlja 26 držav članic, ki ustvarjajo vseevropsko superračunalniško infrastrukturo za obsežne znan- stvene in inženirske aplikacije na najvišji zmoglji- vostni ravni. Sistemi PRACE so na voljo znanstve- nikom in raziskovalcem iz akademskih krogov in industrije z vsega sveta. Preko partnerstva potekajo tudi obsežna izobra- ževanja in usposabljanja za uporabo raziskovalne infrastrukture prek sezonskih šol, delavnic ter znan- stvenih in industrijskih seminarjev po vsej Evropi. Sezonske šole so namenjene širokemu občinstvu, delavnice pa so osredotočene na določene tehno- logije, orodja, discipline ali raziskovalna področja. Sodelovanje na dogodkih je za akademske in indu- strijske uporabnike brezplačno. Na Fakulteti za strojništvo smo aktivno vključeni v več aktivnosti partnerstva PRACE. Računski sestav HPCFS je vključen v evropski superračunalniški eko- sistem. Sodelujemo pri spodbujanju uporabe HPC za mala in srednje velika podjetja v okviru progra- ma SHAPE, razvili smo tudi več masovnih spletnih tečajev (MOOC). Rezultat naših prizadevanj na iz- obraževalnem področju je tudi ustanovitev PRACE izobraževalnega centra (PRACE PTC), enega izmed 14 v okviru partnerstva. Organizirali smo že več de- lavnic s področja HPC in velepodatkov, pripravlja- mo tudi brezplačno delavnico s tematiko Hadoop in RHadoop ter delavnico s tematiko paralelnega programiranja. Že vrsto let organiziramo mednarodno poletno šolo superračunalništva (SoHPC), ki ponuja študen- Visoko ZMoglji Vo računalniš TVo (hpc) na f akul TeTi Za s Troj ­ niš TVo u niVerZe V l jubljani Pavel Tomšič Dr. Pavel Tomšič, univ. dipl. inž., Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo PREDSTAVITEV 298 Visokozmogljivo računalništvo (angl. high-performance computing – HPC), dandanes pospeševalec sodobne znanosti, jutri orodje za dvigovanje konkurenčnosti gospo- darstva, je eno izmed področij, s katerim se ukvarjamo na Fakulteti za strojništvo. V zadnjih letih smo na fakulteti zelo dejavni pri vsem, kar je v Sloveniji ali Evropi, usmer- jeno v HPC – sodelujemo v programih skupnega evropskega podjetja EuroHPC, v kom- petenčnem centru za HPC EuroCC, v partnerstvu PRACE, vodimo Erasmus+ projekt SCtrain ter v drugih aktivnostih. Ventil 5 / 2021 • Letnik 27 tom delo na znanstveno raziskovalnem projektu ter 2-mesečno prakso (julij-avgust) v enem izmed evropskih centrov HPC. V letu 2021 je bilo razpi- sanih 33 raziskovalnih projektov na 15 ustanovah, sodelovalo je 66 študentov. V laboratoriju LECAD smo v letu 2021 uspešno vodili dva projekta na temo optimizacije geometrije S-zobnika ter upra- vljanja velikih podatkov za boljšo napoved porabe električne energije. Več informacij je dostopnih na: https:/ /summerofhpc.prace-ri.eu/ Laboratorij LECAD vsako leto organizira tudi daljšo, enotedensko sezonsko šolo. V septembru 2021 smo organizirali spletno delavnico s tematiko obravna- ve velepodatkov z uporabo Hadoop-a in Keras-a za upravljanje in analizo. V štiridnevni delavnici so poleg osebja s Fakultete za strojništvo sodelovali tudi pre- davatelji s Fakultete za računalništvo in informatiko, Inštituta Jožef Stefan, Tehnične univerze na Duna- ju (TUW) ter tehnološkega inštituta Karlsruhe (KIT). V okviru delavnice je bil predstavljen okvir Apache Hadoop, programski jezik za statistično obdelavo podatkov R, obravnava velepodatkov s knjižnicami RHadoop, odprtokodna knjižnica za strojno učenje in umetno inteligenco TensorFlow in odprtokodni anali- tični mehanizem za obsežno obdelavo velepodatkov Apache Spark. Več informacij o izobraževanjih PRA- CE je dostopnih na: https:/ /training.prace-ri.eu/ Nacionalni kompetenčni center HPC Na Fakulteti za strojništvo smo vključeni tudi v pro- jekt nacionalnega kompetenčnega centra za HPC, ki poteka v okviru mednarodnega projekta EuroCC. Vključuje 34 držav iz EU in bližnje okolice. Cilj je pri- bližati uporabo zmogljivostnega računalništva raz- ličnim skupinam uporabnikov s področja znanosti, industrije, za sedanje in prihodnje -strokovnjake za HPC in širšo javnost. V okviru Nacionalnega kompetenčnega centra HPC so na voljo brezplačna izobraževanja z namenom zapolni- ti vrzeli v znanju na različnih ravneh, vse od osnovnega HPC-opismenjevanja do tematik na strokovno zahtev- nejših področjih. Izobraževanja so namenjena ustano- vam na različnih stopnjah šolskega sistema, podjetjem in posameznikom. Aktivnosti so razdeljene na krajša eno- ali večdnevna izobraževanja, namenjena prenosu znanj, ter na seminarje, namenjene deljenju aktualnih informacij s področja računalništva, strojništva, mate- matike, fizike in HPC-opismenjevanja. Slika 2 : HPC Vega Slika 1 : Utrinek iz izobraževanja PRACE 299 PREDSTAVITEV Ventil 5 / 2021 • Letnik 27 PREDSTAVITEV 300 Na Fakulteti za strojništvo se trudimo približati upo- rabo zmogljivih računalniških orodij tudi na področju inženirstva. Tako bomo v bližnji prihodnosti ponu- dili kratki izobraževanji s področja uporabe HPC za numeriče analize (HPC in FEM). V novembru 2021 bo potekala delavnica s poudarkom na odprtokodni programski opremi za HPC, v februarju 2022 pa de- lavnica s tematiko uporabe komercialne programske opreme. V prihodnosti načrtujemo razširitev ponu- jenih tematik s področjem HPC in CFD ter upravlja- nja velepodatkov. Več informacij je dostopnih na: https:/ /www.sling.si/sling/category/treningi/ Erasmus + projekt SCtrain Cilj projekta je metodološki pristop k zapolnitvi vr- zeli glede prenosa znanja o visoko zmogljivih raču- nalnikih (HPC) za prihodnje strokovnjake na podro- čju znanosti, tehnologije, inženiringa in matematike (STEM). Preko mnogih projektov potekajo osnovni izobraževalni programi opismenjevanja HPC za raz- iskovalce, vendar je za učinkovit dvig ravni znanja potreben nadaljnji sistematičen pristop (od spodaj navzgor). Trenutno uveljavljeni programi v univerzitetnem iz- obraževanju ne ponujajo celovite podpore za pre- nos potrebnega znanja o HPC v gospodarstvo. Projekt zato povezuje partnerje iz širše okolice in rešuje ta problem z razvojem delavnic in zbiranjem gradiva, potrebnega za učinkovit prenos znanja ter pripravo za njegovo implementacijo v univerzitetne programe prihodnosti. Pri projektu sodelujejo par- tnerji iz štirih držav:  Univerza v Ljubljani, Fakulteta za strojništvo, Slovenija (projektni vodja),  IT4I, češki nacionalni center HPC v okviru Uni- verze VŠB v Ostravi,  Raziskovalno središče VSC (Dunajski znanstve- ni grozd) TU Wien, Avstrija,  CINECA, konzorcij italijanskih univerz, ki skrbi za HPC in IT infrastrukturo v Italiji. Tematike, ki jih obravnavamo v okviru projekta na področju HPC v inženiringu in podatkovni znanosti, so razdeljene v štiri skupine:  HPC v inženiringu – poudarek na FEM (metoda končnih elementov),  HPC v podatkovni znanosti – poudarek na para- lelnem programiranju,  HPC v inženiringu – poudarek na CFD (Compu- tational Fluid Dynamics),  HPC v podatkovni znanosti – poudarek na IOT in velepodatkih. V okviru vsake obravnavane tematike bomo ustva- rili bazo znanja in material za predavanja ter prak- tične primere, ki bodo na voljo preko spletnega portala. Trenutne aktivnosti v zvezi s projektom so osredotočene na vzporedno programiranje z vmesnikom za prenos sporočil (MPI), OpenMP in CUDA. Pri analizi izdelkov predstavlja paraleliza- cija problema učinkovito razdelitev velikega pro- blema na več manjših in analizo vsakega posebej, s čimer se dvigne raven podrobnosti in pospešijo potrebni časi izračuna. V začetku februarja 2022 bomo izvedli enotedensko brezplačno izobraževa- nje, v katerem bomo razložili različne paradigme vzporednega programiranja za pisanje programov, ki lahko dobro izkoristijo strojno opremo HPC. De- lavnica bo potekala med 31. januarjem in 4. febru- arjem 2022 in bo za vse brezplačna. Več informacij je dostopnih na: https:/ /sctrain.eu/ Načrtovane aktivnosti: 4.–5.11.2021 HPC in FEM: Odprtokodna programska oprema https:/ /indico.ijs.si/e/FEM-opensource 31.1.–4.2.2022 HPC in Data Science: Introduction to Parallel Pro- gramming https:/ /sctrain.eu/course/hpc-parallel/ 9.–11. 2. 2022 HPC in FEM: Komercialna programska oprema https:/ /indico.ijs.si/e/FEM-commercial Slika 3 : Erasmus + SCtrain partnerji