Datamaskiner beregner verden

SUPERMASKIN: Superdatamaskinen Stallo på Universitetet i Tromsø. Den er blant de 500 hurtigste datamaskinene i verden. Foto: Thilo Bubek

SUPERMASKIN: Superdatamaskinen Stallo på Universitetet i Tromsø. Den er blant de 500 hurtigste datamaskinene i verden. Foto: Thilo Bubek

Av
Artikkelen er over 8 år gammel

FORSKNING: Datamaskiner brukes i dag til å modellere alt fra enkle kjemiske reaksjoner til kroppens metabolisme, og om noen år kanskje også hele verden.

DEL

I kjelleren på Universitetet i Tromsø står en 15 meter lang og 16 tonn tung datamaskin, Stallo. Navnet Stallo kommer fra samisk mytologi og refererer til et monster som ikke kan overvinnes med makt, men kun gjennom kløkt og list.

Men hvorfor har Universitetet i Tromsø et slikt monster i kjelleren?

Den tredje vei for forskning

Stallo ble innviet i 2007, og brukes av norske forskere til å gjøre beregninger og modellere eksperimenter. Mange av beregningene er så krevende at det ville ta flere tiår å gjøre disse beregningene på en vanlig datamaskin.

Datamaskinbasert modellering omtales ofte som den «tredje vei» for forskning, og gir ny og unik informasjon utover det man får fra eksperimentelle målinger og fra teoretiske modeller. Med modellering kan man gjøre «dataeksperimenter» som ellers ville vært for dyre, for farlige eller ulovlige å gjennomføre med tradisjonelle vitenskapelige metoder.

Andre eksperimenter ville være umulige å gjøre annet enn gjennom beregninger på en datamaskin, for eksempel når man ønsker å forstå virkningen av utslipp av gasser på klimaet: Vi har kun en verden og kan kun gjøre et enkelt eksperiment med utslipp av klimagasser, og det er dette eksperimentet vi lever i hver dag. På en datamaskin kan vi derimot beregne hva som vil skje hvis vi øker eller minsker utslippet av klimagasser, og dermed sørge for at vi tar de beste beslutninger.

Superdatamaskinene i Norge

I Norge finnes det et nasjonalt nettverk for tungregning (Notur) som administrerer fire store datamaskiner, en på hvert av de fire breddeuniversitetene. Disse er Stallo (Tromsø), Hexagon (Bergen), Njord (Trondheim), og Titan (Oslo).

Både Hexagon og Stallo er blant de 500 hurtigste datamaskiner i verden. Stallo kan utføre 60 billioner flyttallsoperasjoner per sekund (FLOP). Addisjon og multiplikasjon er begge eksempler på flyttallsoperasjoner, og hvis vi tenker oss at vi bruker 10 sekunder på å legge samme to tall, så ville det ta oss mer enn 19000 år å gjøre det samme antall beregninger som Stallo gjør på ett sekund.

Hva brukes de til?

De norske tungregnesanleggene brukes innenfor en lang rekke fag, som for eksempel klimaforskning, økonomi, og kjemi.

Meteorologisk institutt bruker Njord til å gjøre beregningene som er nødvendige for å lage værmeldingen eller forutsi hvordan store forurensningsutslipp vil utvikle seg. Det var slike beregninger som var med på å avgjøre hvorvidt det var trygt å fly etter vulkanutbruddet på Island i april.

Forskere ved Handelshøgskolen i Tromsø bruker Stallo til å analysere børsdata for å forstå hvordan forskjellige kjøps- og salgsstrategier påvirker markedet.

Ved senter for teoretisk og beregningsbasert kjemi (CTCC), et av Universitetet i Tromsø sine to sentre for fremragende forskning, bruker vi datamaskinene til å studere ulike kjemiske og biologiske problemer.

En problemstilling som har opptatt våre kollegaer, er hvordan man kan lage nye kjemiske stoffer som kan fungere som antibiotika. Gjennom beregninger kan vi få en meget detaljert forståelse av hvordan ulike molekyler vekselvirker med proteiner i kroppen, og på den måten bedre forstå hvordan et molekyl må se ut for å kunne fungere godt som et antibiotikum.

Fremtiden

Datamaskiner blir stadig raskere, og selv store datamaskiner som Stallo er foreldet i løpet av tre-fire år. Denne hurtige utviklingen av datamaskinene er samtidig til stor nytte for forskere, fordi vi dermed får tilgang til stadig hurtigere og bedre datamaskiner.

I løpet av de neste 10 år forventer man å ha datamaskiner som kan utføre 1 million billion FLOP (1 exaFLOP), og som er 17 000 ganger raskere enn Stallo. Da vil det nesten ikke finnes grenser for hva man kan modellere på en datamaskin.

Et forskerteam ved University of California i San Diego har nylig laget en datamodell av hele menneskets metabolisme, dvs. alle biokjemiske reaksjoner involvert i nedbrytningen av mat og fremstilling av hormoner, lipider og andre stoffer i kroppen.

Forskere ved Swiss Federal Institute of Technology i Zürich har enda større ambisjoner, og har som mål å bygge en verdenssimulator innen 2022. Ved å samle all tenkbar informasjon om økonomiske systemer, samfunn, vær, kriger etc., så ønsker de å bygge en realistisk simulator av hele verden. Prosjektet kommer til å kreve exaFLOP datamaskiner og skal brukes til å forutsi økonomiske kriser, klimaendringer, sosiale konflikter og mye mer.

Men selv om fremtidens datamaskiner vil kunne simulere hele verden, så vil utfallet av en slik beregning aldri bli bedre en kvaliteten på modellene og de data som vi gir til maskinen. Det vil derfor i fremtiden være et stort behov av mer data og bedre modeller slik at vi best mulig kan utnytte de mulighetene som datamaskiner gir oss til å flytte forskningsgrensene.

Kronikken er skrevet i forbindelse med Forskningsdagene 2010. Dagene går av stabelen fra 24. september til 3. oktober og hovedtama er «forskningens verktøy».

Artikkeltags