Vědecký objev může začít u mikroskopu, teleskopu nebo třeba klimatického modelu. Za samotným výzkumem ale běží ještě jeden, méně viditelný svět – obrovské datové přenosy, vzdálené výpočty, cloudová prostředí a superpočítače. V Česku velkou část této technologické platformy zastřešuje e-INFRA CZ, společná infrastruktura CESNETu, CERIT-SC Masarykovy univerzity a národního superpočítačového centra IT4Innovations při VŠB – Technické univerzitě Ostrava. Jak vypadá věda z pohledu těch, kteří se starají o její technologické zákulisí?
CESNET: síť stavěná pro potřeby vědy
Kořeny sdružení CESNET sahají k počátkům internetu v Česku a budování první celostátní akademické sítě propojující univerzity a výzkumná pracoviště. Samostatné sdružení CESNET vzniklo v roce 1996 a od původního úkolu, zajistit akademické sféře spojení se světem, postupně rozšířilo svou roli na podstatně širší technologické zázemí pro výzkum.
CESNET dnes provozuje národní akademickou síť, která propojuje univerzity, výzkumné organizace a další instituce napříč Českem, napojení na evropskou síť GÉANT zároveň zajišťuje spojení s výzkumnými a akademickými sítěmi po celém světě. Síť je přitom od počátku budována s ohledem na specifické potřeby vědy, například přenos velkých objemů dat mezi experimentálními zařízeními, úložišti a výpočetními centry. S tím souvisí také vlastní výzkum a vývoj sdružení CESNET v oblasti vysokorychlostních datových přenosů, optických sítí, kybernetické bezpečnosti nebo distribuce velmi přesného času a frekvence.
Vedle samotné konektivity dnes sdružení zajišťuje také služby elektronické identity, kybernetické bezpečnosti, datová úložiště, nástroje pro bezpečnou spolupráci nebo distribuované výpočetní kapacity MetaCentra. Do e-INFRA CZ tedy přináší nejen síť, která jednotlivé části infrastruktury propojuje mezi sebou a se zahraničím, ale zároveň širší soubor technologií a služeb, na kterých mohou vědci a vědkyně stavět.
CERIT-SC: na míru výzkumu
Co když výzkumný tým potřebuje pro jednu část projektu výkon stovek procesorů, pro jinou několik GPU a jindy vlastní cloud? Právě schopnost nabídnout různé typy výpočetních zdrojů a přizpůsobovat je konkrétním potřebám výzkumu patří mezi hlavní role CERIT-SC při Masarykově univerzitě. Centrum se věnuje výpočetním a cloudovým službám, práci s daty i vytváření prostředí, která mohou růst a měnit se společně s výzkumným projektem.
Část těchto kapacit zpřístupňuje prostřednictvím MetaCentra, distribuované výpočetní infrastruktury sdružující clustery na různých pracovištích v Česku. Výzkumníci zde mohou podle typu úlohy využívat klasické procesory, GPU akcelerátory i další specializované zdroje. Další možnosti přináší cloud, kde lze vytvářet virtuální servery nebo kontejnerová prostředí podle požadavků konkrétního projektu. Výpočetní zázemí tak nemusí být pevně dané, ale může se měnit v závislosti na aktuálních potřebách projektu.
Podobná flexibilita se týká i práce s výzkumnými daty. CERIT-SC nabízí vše potřebné pro ukládání, správu a sdílení a rozvíjí služby podporující principy FAIR, které usnadňují jejich další využití. Stále výrazněji se do této oblasti promítá také umělá inteligence. CERIT-SC se podílí na vývoji infrastruktury a nástrojů pro práci s AI, včetně národní služby pro využívání velkých jazykových modelů, kterou jsme představili už v prvním díle seriálu. Výpočty, cloud, data a AI se tu tak přirozeně potkávají v prostředí, které lze skládat podle toho, co konkrétní výzkum právě vyžaduje.
IT4Innovations: výkon pro úlohy za hranicí běžných počítačů
Nasimulovat vývoj klimatu, chování nového materiálu nebo dění uvnitř lidského těla může na běžném počítači znamenat měsíce či roky výpočtů. U některých úloh by na výsledek nestačil ani lidský život. Právě pro podobné výzvy slouží superpočítače či kvantové počítače, které umožňují řešit mimořádně výpočetně náročné úlohy.
V Česku je jejich domovem IT4Innovations národní superpočítačové centrum při VŠB – Technické univerzitě Ostrava a jeden ze tří pilířů e-INFRA CZ. Jeho výpočetní kapacity využívají vědci z Česka i zahraničí – od materiálového výzkumu a klimatických modelů přes biomedicínu až po vývoj nových průmyslových technologií. Stále větší část výkonu je určena také pro umělou inteligenci, například pro trénování rozsáhlých AI modelů.
„Výpočetní infrastruktura ale sama o sobě nestačí. IT4Innovations proto výzkumníkům pomáhá také s optimalizací aplikací, využíváním GPU akcelerátorů nebo hledáním vhodných výpočetních postupů. Portfolio centra nově rozšiřují také kvantové technologie včetně prvního kvantového počítače v České republice, které otevírají cestu k řešení vybraných typů úloh novými metodami a umožňují kombinovat klasické superpočítačové a kvantové výpočty,“ doplňuje zástupkyně IT4Innovations Zuzana Červenková.
Tři části jednoho výzkumného procesu
Síla e-INFRA CZ nespočívá pouze v součtu těchto služeb. Rozhodující je jejich vzájemná provázanost. Výzkumník může data bezpečně přenést prostřednictvím sítě CESNET, uložit je nebo připravit ke zpracování v cloudovém prostředí CERIT-SC a následně provést rozsáhlé výpočty na superpočítačích či kvantovém počítači IT4Innovations. V praxi přitom nemusí jít o jednoduchou cestu od sítě přes cloud k superpočítači. Jednotlivé služby se překrývají a výzkumné projekty je mohou kombinovat podle svých aktuálních potřeb. Stejně důležitá jako samotná technologická infrastruktura je proto také koordinace jejího dalšího rozvoje.
Právě ta umožňuje reagovat na změny, které dnes výzkum výrazně proměňují. Roste objem produkovaných dat, stále více oborů využívá umělou inteligenci a výzkumné projekty častěji překračují hranice jednotlivých institucí i států. Požadavky na síť, úložiště a výpočetní rozhraní se proto neposouvají nezávisle na sobě. Propojení CESNETu, CERIT-SC a IT4Innovations umožňuje tyto potřeby řešit v rámci jedné národní infrastruktury se společnými pravidly, podporou i koordinovaným rozvojem. Současně vytváří základ pro zapojení české vědy do celoevropských digitálních infrastruktur, kde se stejný princip propojení výpočetních kapacit, dat a služeb postupně uplatňuje v ještě větším měřítku.
ČLÁNKY DO MAILU