Supercomputer Cartesius mag een tandje erbij

Description

Supercomputer Cartesius mag een tandje erbij De snelste computer van Nederland, Cartesius, bedient wetenschappers en bedrijven. Maar de wachtrij groeit en de supercomputers overzee, met name in China, gaan steeds sneller. Hoog tijd dus voor extra investeringen, zeggen betrokkenen. 'De supercomputer die nu bovenaan de ranglijst staat, is over vijf jaar afgezakt naar de onderkant.' De krachtigste computer van Nederland bevindt zich in een hagelnieuwe wolkenkrabber in een Amsterdamse polder. Op de tweede verdieping van de Amsterdam Data Tower snorren tweeduizend servers, verdeeld over zo'n 45 serverrekken en verbonden door kilometers kabel. Samen vormen ze één zogenaamde supercomputer: de Cartesius. ‘De term supercomputer wil zoveel zeggen als dat deze computer op dit moment tot de snelste ter wereld behoort, vertelt beheerder Walter Lioen van SURFsara, de eigenaar van de Cartesius. Om een beeld te geven van hoe snel ‘snel’ is, maakt hij een vergelijking: ‘Het is alsof je elke Nederlander twee getallen met ieder 16 cijfers achter de komma laat vermenigvuldigen en dat dan 100 miljoen keer per seconde.’ SURFSara is een bedrijf van de gezamenlijke universiteiten en hogescholen in Nederland. Cartesius wordt dan ook voornamelijk gebruikt door wetenschappers. Zij kunnen er berekeningen mee doen waar de computersystemen op hun eigen instituten te klein voor zijn. ‘Een supercomputer is vooral nuttig om zaken te simuleren die je in het echt liever niet wil of niet kan doen’, zegt Lioen. Denk aan kernfusie, auto-ongelukken of de impact van een bepaald medicijn op cellen. Een van de veelgebruikers van Cartesius is de Groningse hoogleraar Moleculaire Dynamica Siewert-Jan Marrink. Hij en zijn onderzoekers simuleren op de computer celmembranen. ‘In onze simulatiesystemen oefenen atomen en moleculen krachten op elkaar uit. Daardoor gaan ze bewegen en kunnen wij in heel veel kleine stapjes achter elkaar die bewegingen over langere tijd nabootsen’, legt hij uit in het bedrijfsblad SURF Magazine. ‘Zo zien we echt op moleculair niveau hoe een celmembraan zich organiseert.’ Het werk van Marrink en zijn onderzoeksgroep levert inzichten op over de kenmerken van celmembranen die essentieel zijn voor medicijnonderzoek. Met een microscoop is zulk onderzoek niet mogelijk, want daarmee kun je geen individuele moleculen van elkaar onderscheiden. En wat Marrink in een jaar aan rekenkracht op de supercomputer verbruikt, zou op een gewone pc 2,5 miljoen uur duren. Desondanks is het met Cartesius eigenlijk behelpen voor de wetenschappers. Op dit moment kunnen met behulp van de supercomputer in Amsterdam tientallen miljoenen atomen worden gesimuleerd. ‘Dat lijkt veel, maar het is slechts een klein stukje van een cel’, relativeert Marrink. ‘Bovendien was de tijdschaal enkele honderden microseconden, terwijl biologische processen seconden duren.’ Om een hele cel te kunnen simuleren is de huidige supercomputer dus nog lang niet snel genoeg. Op de ranglijst van 500 snelste computers ter wereld staat Cartesius momenteel op plaats 97. De top wordt gedomineerd door Chinese machines. De snelste Europese supercomputer, op plaats 8, staat in Zwitserland, wat verklaard kan worden door de grote farmaceutische industrie in dat land. Eigenlijk staat Nederlands’ grootste supercomputer drie keer genoemd op de wereldranglijst: één keer met het kernsysteem, twee keer met aparte eilanden, die ieder over een bijzonder soort rekenkracht beschikken. Combineer deze veelzijdige krachten tot één geheel en Cartesius stijgt tot ongeveer plaats 60 op de ranglijst. Is dat goed genoeg voor een land dat zich profileert als kenniseconomie? Lioen: ‘We hoeven niet per se op nummer 1 te staan, onze gebruikers moeten vooral tevreden zijn. Als je de allersnelste computer hebt qua rekenkracht, dan heb je ook een hele andere machine. Je kan bij wijze van spreken wel een Ferrari bouwen, maar op de grachten van Amsterdam kun je daar niet zoveel mee.’ Een deel van de serverracks in Amsterdam wordt bijvoorbeeld ingezet voor dataopslag. ‘Die capaciteit zouden we ook kunnen gebruiken voor rekenkracht, en dan komen we hoger op de lijst’, zegt Lioen. ‘Maar dit is wat onze klanten nodig hebben.’ Toch zijn hogere investeringen eigenlijk wel nodig om op internationaal wetenschappelijk gebied bij te kunnen blijven, zegt Peter Michielse, directeur bij SURFSara. ‘Landen als Zweden en Finland investeren beduidend meer per inwoner in deze techniek. Onze wetenschappers kunnen nog zo slim zijn, in modern onderzoek moet je het hebben van de brute kracht. Je moet de goede infrastructuur hebben.’ De supercomputer kost elke vijf jaar — grofweg de levensduur van het systeem — € 17 mln. Een vergelijkbaar bedrag is in die periode nodig voor zaken als ondersteuning, stroomverbruik en huur. Maar het bedrag dat Nederland in zijn nationale supercomputer steekt, is al jaren hetzelfde. Sterrenkundige Selma de Mink van de Universiteit van Amsterdam maakt zich ‘grote zorgen’ voor de langere termijn. Haar onderzoeksveld kan niet zonder supercomputers. ‘Als je in mijn vakgebied internationaal iets wilt voorstellen, heb je enorme rekenkracht nodig. We hoeven niet per se met de Verenigde Staten en China te concurreren, maar meekomen in Europa zou wel leuk zijn.’ De beschikbaarheid van een goede supercomputer is ook belangrijk in het aantrekken van wetenschappelijk talent, zegt De Mink. ‘Als we in onze vakgroep iemand willen aantrekken die voor zijn of haar onderzoek grote computersimulaties moet doen, wat kunnen we die dan bieden? Dan zit die persoon alsnog een groot deel van de tijd op instituten in het buitenland, waar ze veel meer rekenkracht hebben.’ De Mink en haar studenten gebruiken Cartesius voor onderzoek waarin ze de laatste dagen en seconden van dubbelsterren simuleren. ‘Kort voor die sterren ontploffen, vinden er bijzonder complexe fysische processen plaats. Met computermodellen proberen we die in kaart te brengen.’ Het liefst zouden ze het afsterven van alle dubbelsterren in ons sterrenstelsel en andere nabootsen. ‘Maar dan lopen we al snel tegen de grenzen van de capaciteit aan.’ Toevallig kreeg een van haar studenten laatst een boze mail van de universiteit: in haar eentje had zij zo’n beetje het volledige UvA-budget bij SURFSara opgemaakt. Inloggen op Carthesius kan de gebruiker overal: vanaf de laptop, kantoor, huis of de trein. Zo´n supercomputer zou dus net zo goed in een ander land kunnen staan. Moeten we in Europa niet gewoon alle potjes op een hoop gooien en één gezamenlijke computer bouwen? Dat kan, maar er zit volgens De Mink ook een belangrijk nadeel aan een Europese supercomputer. Voor haar is de Cartesius op loopafstand. SURFSara helpt de gebruikers met het zo goed mogelijk afstemmen van hun onderzoeksvraag op de mogelijkheden van de computer. Die ondersteuning is volgens De Mink onmisbaar en lastig te bieden van afstand. 'Studenten moeten leren om met zo´n computer om te gaan. Ze moeten de expertise onder de knie krijgen om hun codes aan te passen. Dan is het handig als je snel contact legt. Dat werkt toch minder goed via de e-mail.´ De Cartesius is al de zesde generatie van de nationale supercomputer. Hij is ontworpen en gebouwd door de enige Europese producent van supercomputers, het Franse Atos. Voorganger Huygens was een product van IBM. Cartesius werd in de loop der jaren steeds verder uitgebreid en vernieuwd. De laatste update kreeg de computer in december 2016, en die is gebaseerd op de nieuwste supercomputer van Atos, de Bull Sequana. De oudste onderdelen van Cartesius dateren echter al uit 2013. En daarmee komt de maximale houdbaarheidsdatum al in zicht. De Wet van Moore dicteert dat de rekenkracht van computers ongeveer om de twee jaar verdubbelt. 'De rekenkracht van supercomputers neemt daarmee elke vijf jaar zo´n beetje met een factor 10 toe', zegt Lioen. ´De computer die nu bovenaan de ranglijst staat, is over vijf jaar afgezakt naar de onderkant.´ De toren op het Amsterdamse Science Park waar Cartesius in huist. De toren op het Amsterdamse Science Park waar Cartesius in huist. Lioen trekt één niet-actieve server uit de van elegant Frans hekwerk voorziene rekken. Het heeft de afmeting van een klein casinobrood. ´Dit ene kastje heeft net zoveel rekenkracht als de hele supercomputer die hier in 2007 nog stond´. Op dit moment past de Cartesius in 45 serverrekken. ´Over een paar jaar heb je voor dezelfde rekenkracht misschien genoeg aan vijf rekken.’ Lang was het ministerie van Onderwijs de belangrijkste geldschieter van SURFSara. Sinds een paar jaar betaalt ook het ministerie van Economische Zaken mee aan de supercomputer, onder voorwaarde dat ook het bedrijfsleven de Cartesius kan gebruiken voor innovatief onderzoek. ‘Tientallen bedrijven’ maken van die mogelijkheid gebruik, zegt Maurice Bouwhuis van SURFSara. Dat is niet weinig, maar ook niet veel. ‘Blijkbaar is het voor bedrijven nog een drempel om onderzoek buiten de deur te doen. Dat moment stel je lang uit. Maar bedrijven die uiteindelijk uit hun eigen capaciteit groeien, komen toch bij ons.’ Echt grote bedrijven hebben hun eigen supercomputers. Als voorbeeld noemt Bouwhuis Shell, dat grote rekenkracht nodig heeft om de impact van olie- of aardgasboringen te simuleren. ‘Maar voor kleinere bedrijven zijn dit soort faciliteiten onbetaalbaar om zelf op te zetten, en op de markt is niet zoveel capaciteit beschikbaar.’ Toch is het vaak druk bij de Cartesius. Bouwhuis: ‘Het is dringen, ook voor wetenschappers. Zeker als een gebruiker heel veel rekenkracht nodig heeft, dan hebben we een wachttijd.’