KOMISSION TIEDONANTO EUROOPAN PARLAMENTILLE, NEUVOSTOLLE, EUROOPAN TALOUS- JA SOSIAALIKOMITEALLE JA ALUEIDEN KOMITEALLE Suurteholaskenta: Euroopan asema globaalissa kilpajuoksussa /* COM/2012/045 final */





1. Tarkoitus Tässä tiedonannossa nostetaan esiin suurteholaskennan strategista luonnetta EU:n innovointivalmiuksien keskeisenä voimavarana. Lisäksi siinä kehotetaan jäsenvaltioita, teollisuutta ja tiedeyhteisöjä terävöittämään yhteistyössä komission kanssa toimiaan Euroopan johtoaseman turvaamiseksi suurteholaskentajärjestelmien ja -palvelujen tarjonnassa ja käytössä vuoteen 2020 mennessä[1]. Tämä tiedonanto liittyy tiedonantoon Tieto- ja viestintätekniikka tieteen palveluksessa sekä neuvoston päätelmiin, joissa se korosti tarvetta ”kehittää edelleen tietojärjestelmäinfrastruktuureja kuten PRACEa (Partnership for Advanced Computing in Europe[2])” ja ”yhdistää investoinnit suurteholaskentaan PRACE-hankkeen puitteissa, jotta voidaan vahvistaa Euroopan teollisuuden ja korkeakoulujen asemaa pitkälle kehitettyjen laskentatuotteiden, -palvelujen ja -teknologioiden käytössä, kehittämisessä ja valmistamisessa”[3]. 2. Mihin suurteholaskentaa tarvitaan? Kilpajuoksu kohti johtajuutta suurteholaskennassa perustuu sekä tarpeeseen ratkaista tehokkaammin suuret yhteiskunnalliset ja tieteelliset haasteet (esim. Alzheimerin taudin kaltaisten sairauksien varhainen toteaminen ja hoito, ihmisaivojen toiminnan selvittäminen[4], ilmaston kehittymisen ennustaminen tai laajamittaisten katastrofien ehkäisy ja hallinta) että teollisuuden tarpeeseen aikaansaada tuote- ja palveluinnovaatioita. Suurteholaskentaa hyödyntävistä teollisuusyrityksistä 97 prosenttia pitää sitä välttämättömänä kyvylleen innovoida, kilpailla ja menestyä[5]. Suurteholaskenta on lyhentänyt aikaa, joka autonvalmistajilta kuluu uuden ajoneuvoalustan kehittämiseen, keskimäärin 60 kuukaudesta 24 kuukauteen ja samalla merkittävästi parantanut törmäysominaisuuksia, ympäristöystävällisyyttä ja matkustusmukavuutta. Jotkut autonvalmistajat ovat ilmoittaneet suurteholaskennasta saaduiksi säästöiksi jopa 40 miljardia euroa. Suurteholaskennan avulla tuotetaan sääennusteet, joiden pohjalta suunnittelemme päivittäistä toimintaamme ja joiden avulla pyrimme valmistautumaan vaikeisiin sääolosuhteisiin, jotka voivat aiheuttaa ihmisuhreja ja omaisuusvahinkoja. Saksassa sairaalat pyrkivät suurteholaskennan avulla löytämään ne raskaana olevat naiset, joille on todennäköisesti tehtävä keisarinleikkaus. Näin pyritään välttämään riskialttiimmat synnytyksen aikaiset viime hetken päätökset, joihin usein perinteisesti on jouduttu turvautumaan. Suurteholaskennalla on siis elintärkeää merkitystä EU:n teollisuuden valmiuksille, mutta myös sen kansalaisille. Makrotalouden tasolla on osoitettu, että suurteholaskentaan tehtävien investointien tuotto on hyvin suuri, ja että eniten suurteholaskentaan investoivat yritykset ja maat menestyvät parhaiten tieteessä ja taloudessa. Lisäksi suurteholaskennan alalla saavutetut edistysaskeleet, kuten uudet laskentateknologiat, ohjelmistot, energiatehokkuus, tallennussovellukset jne. suodattuvat laajemmin tieto- ja viestintätekniikkateollisuuteen ja kuluttajamarkkinoille. Uutuudet tulevat kotitalouksien käyttöön yleensä viiden vuoden kuluessa siitä, kun ne on ensin otettu käyttöön huipputason suurteholaskennassa. Vastaavasti kuluttajasektorille luotuja kehittyneitä tietoteknisiä ratkaisuja (esim. energiatehokkaat mikrosirut, grafiikkakortit) käytetään yhä enenevässä määrin myös suurteholaskennassa. 3. Euroopan suurteholaskennan markkinat Euroopalla on vahvuuksia suurteholaskennan soveltamisessa sekä kehittyneiden ohjelmistojen ja palvelujen kehittämisessä. Tästä huolimatta EU:sta tulevien laite- ja palvelutoimittajien markkinaosuus oli vuonna 2009 vain 4,3 prosenttia5. Useimmat alan valmistajat EU:ssa hävisivät markkinoilta vuosituhannen vaihteeseen mennessä. Sen jälkeen yhdysvaltalaiset supertietokoneet ovat vallanneet 95 prosenttia EU:n markkinoista. Suurteholaskennan kysyntä tulee kolmesta pääryhmästä: julkinen sektori, joka tarvitsee sitä kansalliseen turvallisuuteen liittyviin strategisiin tarkoituksiin, julkinen tutkimus- ja innovointisektori, joka koostuu lähinnä yliopistoihin sidoksissa olevista tai keskitetyistä kansallisista laskentakeskuksista, sekä teollisuus. Markkinoiden koon puolesta huippuluokan suurteholaskentajärjestelmien markkinat ovat EU:ssa suhteellisen pienet: vuonna 2009 noin 630 miljoonaa euroa. Maailmanlaajuisesti markkinat ovat vuodesta 2005 lähtien kasvaneet Compound Annual Growth Rate -lukuna (CAGR) ilmaistuna vuosittain 3 prosenttia. Noin kaksi kolmannesta näistä markkinoista on sidoksissa julkiseen rahoitukseen. Laajempien globaalien suurteholaskennan markkinoiden (järjestelmät, tallennus, välitysohjelmistot, sovellukset ja palvelut) arvo oli vuonna 2010 noin 14 miljardia euroa, josta noin 32 prosenttia Euroopassa, ja niiden CAGR-kasvu oli 7,5 prosenttia5. Käytössä olevan suurteholaskentakapasiteetin määrässä laskettuna EU menetti 10 prosenttia huipputason laskentakapasiteetistaan vuosina 2008–2010, kun taas kilpailijat lisäsivät samalla aikavälillä panostuksiaan tällä alalla. Vuonna 2011 Yhdysvalloilla ja Japanilla oli kummallakin enemmän kapasiteettia kuin kaikilla EU-mailla yhteensä[6], ja Kiinalla oli enemmän kapasiteettia kuin yhdelläkään yksittäisellä EU:n jäsenvaltiolla. Kiina ja Venäjä nimesivät suurteholaskennan strategiseksi painopistealaksi ja lisäsivät massiivisesti panostuksiaan siihen. EU:ssa saatavilla olevien huipputason laskentaresurssien väheneminen merkitsee, että tieteellinen taitotieto, joka on äärimmäisen riippuvaista suurteholaskennasta ja vaikuttaa uusien suurteholaskentajärjestelmien kehittymiseen, on Euroopassa heikentymässä. Tutkijat saattavat siirtää tutkimustoimintaansa muualle maailmaan, jossa on paremmat edellytykset suurteholaskentaan. EU:ssa on monia menestyneitä tieteellisiä ja teollisia ohjelmistoyrityksiä ja se on vahvoilla monilla rinnakkaislaskennan ohjelmistokehityksen tärkeillä osa-alueilla. Itse asiassa suuri enemmistö EU:ssa suurteholaskentakeskuksissa käytössä olevista pääasiallisista rinnakkaislaskennan ohjelmistosovelluksista on luotu Euroopassa, jossa niitä myös jatkokehitetään. Suurteholaskennan kehittyneiden laitteistotekniikoiden hallitseminen on kuitenkin tiiviissä yhteydessä asiaan liittyvien ohjelmistojen osaamiseen, joten heikentyminen toisessa vaikuttaa vääjäämättä myös toiseen. 4. Suurteholaskenta uuteen nousuun Euroopassa EU-tason politiikan tarve hyväksytään yhä laajemmin Suurteholaskennan kehittäminen on pitkään ollut jäsenvaltioiden kansallinen asia, jossa veturina ovat usein toimineet puolustustekniset ja ydinenergiasovellukset. Viime vuosina suurteholaskennan kasvava merkitys tutkijoille ja teollisuudelle sekä maailmanlaajuisesti kilpailukykyisenä pysymisen edellyttämien investointien eksponentiaalinen kasvu on johtanut yleiseen näkemykseen, jonka mukaan tämän alan ”eurooppalaistamisesta” olisi hyötyä kaikille. Tämä pätee myös niihin jäsenvaltioihin, joilla on vaikeuksia luoda omia kansallisia suurteholaskennan infrastruktuureja, mutta jotka voisivat kuitenkin antaa tärkeän panoksen EU-tason suurteholaskentavalmiuksiin ja hyötyä niistä. Vuonna 2006 HPC in Europe -työryhmä julkisti valkoisen kirjan Scientific Case for Advanced Computing in Europe[7], jossa perusteltiin suurteholaskennan merkitystä EU:n kilpailukyvylle. Työ tehtiin osana ESFRIn[8] tutkimusinfrastruktuureja koskevaa kehittämissuunnitelmaa (Roadmap for Research Infrastructures). Se johti kansallisten suurteholaskentastrategioiden lujittamiseen esimerkiksi Saksassa ja Ranskassa, joissa perustettiin Gauss Centre for Supercomputing e.V. ja GENCI (Grand Equipement National de Calcul Intensif). Nämä kehityskulut puolestaan johtivat PRACEn perustamiseen jäsenvaltioiden ja kansallisten toimijoiden todettua, että vain yhteisillä ja koordinoiduilla ponnisteluilla ne kykenevät säilyttämään kilpailukykynsä. Asia sai tukea vuonna 2009 neuvostolta, joka peräänkuulutti lisäpanostuksia tällä alalla. Tilaisuus on parhaillaan avautumassa Suurteholaskenta on läpikäymässä mittavaa muutosta, kun seuraavan sukupolven laskentajärjestelmiä (ns. eksa-luokan järjestelmiä1) kehitetään vuotta 2020 silmällä pitäen. Nämä uudet järjestelmät asettavat lukuisia kovia haasteita: esimerkiksi energian kulutusta on pienennettävä 100-kertaisesti[9] ja luotava uusia ohjelmointimalleja tietokoneille, joissa on miljoonia laskentateknisiä elementtejä. Nämä haasteet ovat yhteisiä kaikille alan toimijoille. Niihin ei voida vastata pelkällä ekstrapoloinnilla, vaan ne edellyttävät radikaaleja innovaatioita monissa tietoteknologioissa. Tilanne tarjoaa EU:n teollisille ja akateemisille toimijoille tilaisuuden asemoida itsensä alalla uudelleen. Euroopalla on osaamista koko tarjontaketjussa Euroopalla on kaikki tarvittava osaaminen ja tekniset valmiudet tarttua eksa-luokan haasteeseen, eli kehittää omia valmiuksia, jotka kattavat koko teknologiaspektrin prosessoriarkkitehtuurista sovelluksiin[10]. Vaikka EU on tällä hetkellä suurteholaskennan järjestelmätoimittajien suhteen heikossa asemassa verrattuna Yhdysvaltoihin, sovellusten, vähän energiaa kuluttavan tietotekniikan, järjestelmin ja integroinnin alalla sillä on vahvuuksia, joiden avulla voidaan lähteä menestyksekkäästi tähän globaaliin kilpaan ja tuoda EU takaisin maailmannäyttämölle kärkitason teknologiatoimittajana. PRACE näyttää tietä PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe) sai juridisen aseman vuonna 2010, ja sen myötä korkeakoulumaailma on yhdistänyt huipputason laskentajärjestelmiään yhdeksi infrastruktuuriksi, jota tarjotaan kaikille tutkijoille EU:ssa. Kriittinen massa on saavutettu ja näiden kärkiluokan suurteholaskentajärjestelmien käyttöoikeutta tarjotaan pikemminkin tutkijan tieteellisen huippuosaamisen perusteella kuin maantieteellisen sijainnin pohjalta. PRACE on laajentamassa palvelujaan keskitason suurteholaskentajärjestelmiin tavoitteenaan tarjota hajautettua laskenta-alustaa, joka palvelee käyttäjiä näiden sijainnista ja kansallisten resurssien saatavuudesta riippumatta. PRACE-mallissa, jossa järjestelmiä ja erityisosaamista kootaan yhteen ja jaetaan, hyödynnetään optimaalisesti rajalliset resurssit. Uudesta aktivoitumisesta saatavat hyödyt Euroopalle Kun EU:lle saataisiin luotua riippumaton pääsy suurteholaskennan järjestelmiin ja palveluihin, tuettaisiin tieto- ja viestintätekniikka-alan ja koko talouden kasvua ja kilpailukykyä. Investoinnit suurteholaskennan huippuosaamisen keskuksiin auttaisivat suunnittelemaan ja rakentamaan räätälöityjä suurteholaskentajärjestelmiä, jotka olisi erityisominaisuuksiensa puolesta sovitettu yksittäisten yhteiskunnallisten tai teollisten haasteiden tarpeisiin (esim. ihmisaivojen toiminnan simulointi edellyttää toisenlaista järjestelmäarkkitehtuuria kuin tehokkaamman akun suunnittelu ja simulointi sähköautoja varten). 5. Edessä olevat haasteet Edellä tarkastellut kolme tekijää, eli i) kilpajuoksu kohti eksa-luokan laskentaa, ii) teknologiatarjonnan saatavuus Euroopassa ja iii) PRACEn menestys, mahdollistavat nyt yhdessä sen, että EU voi uudestaan aktivoitua suurteholaskennassa ja pyrkiä johtajuuteen sekä teknologioiden, järjestelmien, sovelluskoodin ja palvelujen tarjonnassa että niiden käytössä tärkeimpien tieteellisten, teollisten ja yhteiskunnallisten ongelmien ratkaisemiseen. Suurteholaskennan nykyisen alamäen kääntäminen nousuksi EU:ssa edellyttää voimien yhdistämistä, jotta voidaan tuloksellisemmin pureutua seuraaviin puutteisiin ja haasteisiin: a) Julkisissa suurteholaskennan palveluissa esiintyy edelleen hajanaisuutta EU:ssa ja jäsenvaltioiden sisällä. Tämä johtaa resurssien tehottomaan käyttöön ja vajavaiseen osaamisvaihtoon. b) EU:ssa käytetään huomattavasti muita alueita vähemmän varoja huipputason laskentajärjestelmien hankintaan (vain puolet Yhdysvaltoihin verrattuna, vastaavalla BKT-tasolla5). Tästä syystä EU:ssa saatavilla olevien laskentajärjestelmien määrä ja suorituskyky on yksinkertaisesti liian pieni maailman muihin alueisiin verrattuna, ja suurteholaskentaan varatut t&k-budjetit pieniä. c) Unionissa vain hyvin harvat julkisten hankintojen budjetit suunnataan t&k:hon esikaupallisina hankintoina, kun tilannetta verrataan Yhdysvaltoihin[11]. Esikaupallisia hankintoja voidaan käyttää keinona ostaa innovatiivista t&k:ta tiettyjen teknologia- ja järjestelmätavoitteiden saavuttamiseksi. Erityisesti Yhdysvalloissa esikaupallisia hankintoja käytetään suurteholaskennan huipputeknologian edistämiseen[12]. Unionissa suurimman osan huipputason suurteholaskentajärjestelmien hankinnoista tekee julkinen sektori. Kansallisten ja EU-voimavarojen yhdistäminen suurteholaskennassa on keskeinen edellytys edistettäessä EU:n suurteholaskentavalmiuksia ja luotaessa eksa-luokan suurteholaskentajärjestelmiä, joihin yhdelläkään yksittäisellä jäsenvaltioilla ei ole varaa. d) Alan eurooppalaisten laitemyyjien on hyvin vaikea myydä tuotteitaan sellaisten EU:n ulkopuolisten maiden julkiselle sektorille, joilla on omia kansallisia alan laitetoimittajia, koska asiaan liittyy esimerkiksi kansalliseen turvallisuuteen liittyviä kansallisia määräyksiä. Samanaikaisesti suurteholaskennan kannalta merkityksellisissä eurooppalaisissa tutkimushankkeissa syntynyt henkinen omaisuus hyödyttää usein lähinnä osallistuvien yritysten EU:n ulkopuolisia emoyhtiöitä, koska puiteohjelmassa rajoitetaan hyvin vähän teollis- ja tekijänoikeuksien siirtoa kolmansista maista tuleville osallistujatahoille. Näin ollen asiassa on löydettävä tasapainoisempi järjestely. e) Yritysten ja korkeakoulujen vuorovaikutus huipputason suurteholaskennan järjestelmiin, sovelluskoodiin ja palveluihin liittyvissä kysymyksissä on vähäistä, varsinkin kun on kyse suurteholaskennan käytöstä teollisen ja palveluinnovoinnin tukena. Euroopasta puuttuu myös kehittyneitä kokeellisia huipputason laskentalaitteistoja, joiden avulla yritykset ja korkeakoulut voisivat kokeilla eksa-luokan teknologiavaihtoehtoja tai suunnitella yhdessä laitteistoja ja ohjelmistoja yksittäisiä sovelluksia varten. f) Käytettävissä on vain vähän ammattitaitoista työvoimaa, jolla on soveltuva koulutustausta ja riittävä suurteholaskennan osaaminen erityisesti rinnakkaisohjelmoinnissa. Lisäksi ongelmana on, että laskentatyökaluista ja sovelluskoodeista huolehtivien tutkijoiden uranäkymät eivät useinkaan ole kovin houkuttelevia. Tämä haittaa suurteholaskennan hyödyntämistä tutkimuksessa ja teollisuudessa. Vuoteen 2020 mennessä tämän hetken suorituskykyisimpien suurteholaskentajärjestelmien laskentateho on saatavilla jo pöytäkoneissa. On olennaisen tärkeää, että saatavilla on koulutettua työvoimaa, joka osaa tehokkaasti hyödyntää tätä laskentatehoa. 6. Euroopalle johtoasema suurteholaskennassa – toimintasuunnitelma Neuvosto pyysi eurooppalaisen suurteholaskennan infrastruktuurin lisäkehittämistä ja kansallisten suurteholaskentainvestointien yhdistämistä, jotta voidaan vahvistaa Euroopan teollisuuden ja korkeakoulujen asemaa pitkälle kehitettyjen laskentatuotteiden, -palvelujen ja -teknologioiden käytössä, kehittämisessä ja valmistamisessa2. Tämä on ylätavoite uudistetun eurooppalaisen suurteholaskentastrategian taustalla. Erityistavoitteet Tämä yleistavoite pyritään saavuttamaan seuraavilla erityistavoitteilla: · Luodaan eurooppalainen maailmanluokan suurteholaskentainfrastruktuuri, joka hyödyttää laajasti korkeakoulu- ja yrityskäyttäjiä ja erityisesti pk-yrityksiä, sekä taataan suurteholaskentaan hyvin koulutettu riittävä työvoima. · Varmistetaan EU:lle riippumaton mahdollisuus saada käyttöön suurteholaskennan teknologioita, järjestelmiä ja palveluja. · Luodaan yleiseurooppalainen suurteholaskennan kehityksen ohjausjärjestelmä, jonka avulla voidaan koota yhteen enemmän resursseja ja parantaa tehokkuutta muun muassa käyttämällä strategisesti hyväksi yhteishankintoja ja esikaupallisia hankintoja. · Varmistetaan EU:n asema globaalina toimijana. Suurteholaskenta on strategisesti hyvin tärkeässä asemassa eurooppalaisen yhteiskunnan, kilpailukyvyn ja innovoinnin kannalta. Jotta saavutettaisiin tavoitteena oleva huippuosaaminen suurteholaskennan käytössä ja varmistettaisiin EU:lle riippumattomat mahdollisuudet saada käyttöön järjestelmiä ja palveluja, jäsenvaltioiden, komission ja teollisuuden on toteutettava samanaikaisesti useita toimia. Nämä toimet (luettelo jäljempänä) vaikuttavat synergioita tuottavasti sekä tarjontaan että kysyntään suurteholaskennan alalla. Erityisesti suurteholaskentaan liittyviä täydentäviä tutkimustoimia ei käsitellä tässä suoraan, koska ne tulevat olemaan osa kehittynyttä tietotekniikkatutkimusta, joka toteutetaan EU:n tutkimuksen ja innovoinnin yhteisen strategiakehyksen muodostavassa Horisontti 2020 -puiteohjelmassa[13]. 6.1. Kehityksen ohjaus EU-tasolla EU:n suurteholaskennan toimintasuunnitelma edellyttää asianmukaista ohjausta, jossa asetetaan käytännön tavoitteet, päätetään toimintapolitiikoista, seurataan edistymistä ja yhdistetään ja käytetään tehokkaasti saatavilla olevia resursseja eri jäsenvaltioista. Ohjaustoiminnan olisi oltava tasapuolista, avointa, selkeää ja tehokasta ja sen olisi autettava tasapainottamaan ja sovittamaan yhteen etuja, valmiuksia ja voimavaroja. Tällaisella ohjauksella on kaksi pääulottuvuutta. Niitä yhdistävät toisiinsa suurteholaskennan PRACE-keskukset, jotka toimivat kehityksen ja innovoinnin vetureina. a) Teollisuuden kannalta hyödynnetään EU:n suurteholaskentajärjestelmien toimittajien teollisuusvetoista teknologiayhteisöä ja osaamiskeskusten verkostoa, jotka tarjoavat suurteholaskennan sovelluksiin ja ohjelmistokehitykseen liittyvää asiantuntemusta ja palvelua. b) Tieteen kannalta hyödynnetään PRACEa ja osaamiskeskuksia, jotka pyrkivät vastaamaan keskeisiin yhteiskunnallisiin ja tieteellisiin haasteisiin käyttämällä ja soveltamalla suurteholaskennan ohjelmistotekniikkaa ja palveluja. · Suurteholaskentajärjestelmien ja palvelujen tarjontaan osallistuvien EU:sta tulevien yritysten olisi koordinoitava tutkimuspyrkimyksiään teknologiayhteisön kautta ja näin luotava suurteholaskennan teolliselle t&k:lle kriittistä massaa. 6.2. Rahoituspuitteet Huipputason suurteholaskentaresurssien hankintaan Euroopassa vuosittain (vuonna 2009) investoitu 630 miljoonaa euroa5 ei riitä ylläpitämään suurteholaskentajärjestelmiä ja ‑palveluja maailmanlaajuisesti kilpailukykyisellä tasolla. Määrä olisi kaksinkertaistettava noin 1,2 miljardiin euroon vuodessa, jotta Eurooppa saataisiin nostettua takaisin yhdeksi tärkeimmistä toimijoista suurteholaskennan alalla5. Sidosryhmien kuulemiset ovat vahvistaneet tämän. Nykypanostusten täydennykseksi tarvittaisiin siis vielä vuosittain 600 miljoonaa euroa, joka jakautuisi kansallisten budjettien, komission (esim. yhteisohjelmointi) ja teollisuuskäyttäjien kesken. Karkeasti ottaen puolet näistä lisäresursseista käytettäisiin suurteholaskennan järjestelmien ja testausalustojen hankintoihin, neljännes koulutukseen ja neljännes suurteholaskentaohjelmistojen kehittämiseen ja skaalaamiseen. · Unionin, jäsenvaltioiden ja teollisuuden olisi lisättävä investointejaan suurteholaskentaan noin 1,2 miljardiin euroon vuodessa – tämä vastaisi BKT:hen suhteutettuna maailman muita alueita. 6.3. Esikaupalliset hankintamekanismit ja resurssien yhdistäminen Julkinen sektori on suurin huipputason suurteholaskennan ostaja. Osa (karkeasti 10 prosenttia vuosittain) sen suurteholaskentajärjestelmiin EU:ssa käyttämästä budjetista olisi suunnattava esikaupallisiin hankintoihin, jotta voitaisiin kehittää ja ylläpitää EU:n omia tarjontavalmiuksia, jotka kattaisivat koko teknologiaspektrin prosessoriarkkitehtuureista sovelluksiin. Näiden julkisen sektorin investointien kautta voitaisiin tarjota suurteholaskentajärjestelmien toimittajille EU:ssa tukea[14], joka mahdollistaisi kärkitason suurteholaskentajärjestelmän kehittämisen noin joka toinen vuosi. Suurteholaskennan t&k:hon EU:ssa liittyvät esikaupalliset hankinnat voisivat saada unionin yhteisrahoitusta (esim. Horisontti 2020 -puiteohjelman sähköisten infrastruktuurien osiosta; koheesiopolitiikan rahoitusvälineistä)[15], jos ne toteutettaisiin noudattaen jompaa kumpaa seuraavista malleista: a) yhteiset (esim. PRACEn kautta järjestetyt) esikaupalliset hankinnat, joissa on mukana useita jäsenvaltioita tai kaikki jäsenvaltiot ja joissa pyritään kehittämään kärkitason suurteholaskentavalmiuksia selkeästi Euroopan tarpeisiin, b) jäsenvaltioiden tai suurten käyttäjätahojen yksin (eli ilman kansallisten budjettien yhdistämistä) toteuttamat esikaupalliset hankinnat voisivat myös saada rahoitusta15 (tosin vähäisemmässä määrin kuin vaihtoehdossa a) jos i) asianmukainen osa syntyvästä suurteholaskennan kehityksestä tuodaan kaikkien eurooppalaisten käyttäjien saataville, ii) hankintamenettely on avoin kaikille oikeussubjekteille, jotka voivat saada rahoitusta Horisontti 2020 -puiteohjelmasta ja iii) hankintaeritelmät laaditaan niin, että ne kuvastavat tarpeita EU-tasolla. · Jäsenvaltioita kehotetaan toteuttamaan yhteisiä hankintamenettelyjä ja stimuloimaan esikaupallisilla hankinnoilla kehittyneiden suurteholaskentajärjestelmien ja ‑palvelujen kehitystä. Kunkin jäsenvaltion olisi aktiivisesti edesautettava esikaupallisten hankintojen käyttöä ja varattava noin 10 prosenttia vuotuisesta suurteholaskennan hankintabudjetista tällaisille hankinnoille. · Komission olisi osallistuttava jäsenvaltioiden yhdessä tarjoamaan rahoitukseen sellaisten suurteholaskentajärjestelmien ja -palvelujen t&k:ta tukevien esikaupallisten hankintojen edistämiseksi, joilla on EU-tasoinen tavoite ja jotka ovat avoimia koko EU:n laajuisesti. · Komissiolta rahoitusta saavia suurteholaskennan sähköisen infrastruktuurin hankkeita olisi kannustettava käyttämään mahdollisuuksien mukaan esikaupallisia hankintoja. · EU:n teollisuutta kannustetaan osallistumaan aktiivisesti kehittyneen suurteholaskennan ja alan sovellusten kehityshankkeisiin, jotka liittyvät esikaupallisiin hankintoihin. 6.4. Kehitetään edelleen eurooppalaista suurteholaskennan ekosysteemiä PRACE varmistaa suurteholaskentaresurssien laajan saatavuuden tasapuolisin käyttöehdoin. Sitä on edelleen vahvistettava niin, että se saa valtuudet i) koota yhteen kansallista ja EU-rahoitusta, ii) laatia hankintaeritelmiä yhteisille (esikaupallisille) hankintamenettelyille, jotka koskevat kärkitason järjestelmiä, sekä toteuttaa tällaisia menettelyjä, iii) tukea jäsenvaltioita hankintamenettelyjen valmistelussa, iv) tarjota tutkimus- ja innovointipalveluja teollisuudelle ja v) tarjota puitteet niiden resurssien ja panostusosuuksien vaihdannalle, joita tarvitaan erittäin suorituskykyisen laskentainfrastruktuurin ylläpitoon. Lisäksi on luotava sähköinen infrastruktuuri suurteholaskennan sovellusohjelmistoille ja välineille. Tämän pitäisi edelleen lujittaa EU:n vahvaa asemaa suurteholaskennan sovelluksissa koordinoimalla ja stimuloimalla rinnakkaisohjelmointikoodin kehitystä ja skaalausta sekä varmistamalla, että käyttäjien saatavilla on laadukkaita suurteholaskennan ohjelmistoja. · PRACEn jäsenmaiden olisi tuettava PRACEn kehitystä maailman johtavaksi sähköiseksi infrastruktuuriksi. · Suurteholaskennan soveltamista varten Euroopan kannalta tärkeimmillä tieteen- ja teollisuudenaloilla (esim. energia, biotieteet ja ilmasto) olisi luotava huippuosaamisen keskuksia. · PRACEn olisi jalostettava ohjausjärjestelmäänsä edellä kuvatun laajennetun roolin mukaiseksi, valmistauduttava ensimmäiseen mittavaan esikaupalliseen hankintamenettelyyn vuonna 2014, tarjottava edelleen palvelujaan koko eurooppalaiselle tutkimus- ja koulutusyhteisölle sekä tarjottava koulutusta ja asiantuntemusta teollisuudelle. Superlaskentakeskusten, jotka edustavat sijaintimaitaan pääasiallisina PRACE-kumppaneina, olisi vahvistettava ja organisoitava PRACEa oikeussubjektina niin, että se kykenee ottamaan hoitaakseen tämän laajemman roolin. · Euroopan teollisuutta kannustetaan voimakkaasti hyödyntämään PRACEn ja sen kumppanien palveluja ja osaamista. · Komissio jatkaa tukeaan PRACElle ja varmistaa, että se pysyy olennaisena osana eurooppalaista sähköistä infrastruktuuria, sekä tulee tarjoamaan tukea eurooppalaisen suurteholaskennan sähköisen infrastruktuurin luomiselle ja ylläpitämiselle. · Lisäksi olisi perustettava laitteisto- ja ohjelmistoalan yhteissuunnittelukeskuksia, jotka keskittyisivät teknologioiden, suurteholaskentaresurssien, työkalujen ja menetelmien kehittämiseen. 6.5. Suurteholaskenta täysimääräisesti käyttöön teollisuudessa Teollisuudella on huipputason laskennassa kaksoisrooli: ensinnäkin se tuottaa suurteholaskennan järjestelmiä, teknologioita ja ohjelmistopalveluja ja toiseksi se hyödyntää suurteholaskentaa tuote-, prosessi- ja palveluinnovaatioiden aikaansaamiseksi. Molemmat ovat tärkeitä Euroopan kilpailukyvyn parantamisen kannalta. Erityisesti pk-yrityksille on kilpailukyvyn säilyttämisen kannalta tärkeää, että saatavilla on suurteholaskentaan, mallintamiseen, simulointiin ja tuotteiden prototypointiin liittyviä palveluja. Tässä toimintasuunnitelmassa kannatetaan kaksitahoista lähestymistapaa: tarkoituksena on vahvistaa sekä suurteholaskennan teollista kysyntää että sen tarjontaa. · Jäsenvaltioita rohkaistaan perustamaan suurteholaskennan osaamiskeskuksia, jotka parantaisivat suurteholaskentapalvelujen saatavuutta teollisuuden ja erityisesti pk-yritysten näkökulmasta sekä kannustamaan superlaskentakeskuksia tarjoamaan asiantuntemustaan keskusten käyttöön. · Komission olisi tuettava suurteholaskennan osaamiskeskusten verkoston perustamista; verkosto edistäisi yleiseurooppalaisia palveluja sekä parhaita käytänteitä koskevaa tiedonvaihtoa (esim. tukemalla teollisuuskäyttäjiä avustavia suurteholaskennan asiantuntijaryhmiä). · Jäsenvaltioiden ja komission olisi ryhdyttävä tarvittaviin toimenpiteisiin, jotta voitaisiin huomattavasti kasvattaa suurteholaskennan alalla pätevän ja koulutetun työvoiman määrää (esim. laatimalla malliopetussuunnitelma ja tarjoamalla koulutusta suurteholaskennan osaamiskeskuksissa)[16]. · EU:n suurteholaskentatoimialan olisi vahvistettava pyrkimyksiään varmistaa riippumaton ja alan kärkeä edustava suurteholaskennan komponenttien, ohjelmistojen ja järjestelmien EU-lähtöinen tarjonta. · EU:n teollisuuden olisi omaksuttava aktiivinen suhtautumistapa suurteholaskennan käyttöön ja soveltamiseen keskeisenä työkaluna innovatiivisten palvelujen ja tuotteiden kehittämisessä. 6.6. Tasavertaisten toimintaedellytysten varmistaminen Voidakseen luoda itsenäisiä ja elinkelpoisia teollisia valmiuksia kärkitason suurteholaskennassa EU:n on varmistettava, että sen suurteholaskentateollisuudella on tasavertainen pääsy maailmanmarkkinoille samoin ehdoin kuin maailman muiden alueiden teollisuudella on pääsy EU:n sisämarkkinoille. Samoin on varmistettava, että suurteholaskennan alalla tehtävät eurooppalaiset t&k-investoinnit selvästi hyödyttävät nimenomaan EU:n taloutta. · Komissio nostaa suurteholaskennan markkinoillepääsyn epäsuhdat esiin tieto- ja viestintätekniikka-alan vuoropuhelussa ja kauppaneuvotteluissa kyseisten maiden kanssa ja pyrkii varmistamaan, että näiden maiden kansalliset suurteholaskennan hankintamenettelyt ja t&k-toimet ovat avoimia EU:n teollisuudelle14. · Komissio voi soveltaa tiukempia hyödyntämisvelvoitteita Horisontti 2020 ‑puiteohjelman tukea saavissa suurteholaskentaan liittyvissä toimissa syntyviin teollis- ja tekijänoikeuksiin[17]. 7. Päätelmät Perustamalla Euroopan avaruusjärjestön ESAn vuonna 1975 Eurooppa päätti, että riippumaton pääsy avaruuteen oli Euroopan kilpailukyvyn kannalta keskeisen tärkeä strateginen päämäärä. Tässä tiedonannossa peräänkuulutetaan vastaavaa strategista päätöstä suurteholaskennan järjestelmistä ja palveluista, jotka ovat välttämättömiä EU:n yhteiskunnalliselle, taloudelliselle ja tieteelliselle kehitykselle sekä EU:n kilpailukyvylle. Tämä uudistettu suurteholaskennan strategia asemoi EU:n innovoinnin keskukseksi, tieteellisen huippuosaamisen solmukohdaksi ja alan globaaliksi kumppaniksi. EU:n olisi kuuluttava kärkijoukkoon maailmanlaajuisessa kilpailussa kohti eksa-luokan laskentateknologiaa. Komissio seuraa tiiviissä yhteistyössä jäsenvaltioiden kanssa tämän toimintasuunnitelman toteutusta ja raportoi asiasta Euroopan parlamentille ja neuvostolle vuoteen 2015 mennessä. [1] Suurteholaskennalla (high-performance computing) tarkoitetaan tässä tiedonannossa samaa kuin huipputietokoneilla (high-end computing), supertietokoneilla (supercomputing), maailmanluokan tietokoneilla (world-class computing) jne. Käsitteellisesti suurteholaskenta erotetaan hajautetusta laskennasta, pilvipalveluihin perustuvasta laskennasta ja laskentapalvelimista. Ei ole olemassa kiinteää määritelmää sille, miten tehokas tietokoneen on oltava ollakseen ‘suurtehoinen’. Tämä johtuu siitä, että koska mikroprosessorien suorituskyky on kasvanut eksponentiaalisesti jo monen vuoden ajan, tällaiset määritelmät vanhenisivat hyvin nopeasti. Tietokonetta pidetään yleisesti suurtehoisena, jossa siinä on useita (kymmeniä, satoja tai jopa tuhansia) prosessoreita liitettyinä toisiinsa verkostorakenteella niin, että saavutetaan huomattavasti yksittäistä prosessoria parempi suorituskyky. Tällaista usean prosessorin käyttöä kutsutaan toisinaan rinnakkaislaskennaksi. Vuonna 2010 parhaiten suoriutuvat koneet käyttivät satoja tuhansia prosessoriytimiä ja yltivät sekunnissa 1015 liukulukuoperaatioon (tällaista nopeusluokkaa kuvaa yksikkö 'petaflop'). Tämä on 1000 kertaa enemmän kuin tehokkaimmalla vuonna 2000 käyttöön otetulla koneella, mikä taas oli 1000 kertaa tehokkaampi kuin tehokkain kone vuosikymmen aiemmin. Asiantuntijoiden mukaan vuoteen 2020 mennessä pystytään rakentamaan jo eksa-luokan tietokoneita (jotka kykenevät sekunnissa 1018 laskutoimitukseen). [2] PRACE: www.prace-ri.eu. [3] KOM(2009) 108; neuvoston päätelmät (17190/09) ja (9451/10). [4] Esim. The Virtual Physiological Human initiative, www.vph-noe.eu ja The Human Brain Project, www.humanbrainproject.eu. [5] IDC:n (International Data Corporation) selvitykset A Strategic Agenda for European Leadership in Supercomputing: HPC 2020 ja Financing a Software Infrastructure for Highly Parallelised Codes. [6] www.top500.org/charts/list/37/countries. [7] www.hpcineuropetaskforce.eu/files/Scientific case for European HPC infrastructure HET.pdf. [8] Euroopan tutkimusinfrastruktuurien strategiafoorumi (European Strategy Forum for Research Infrastructures): ec.europa.eu/research/infrastructures/index_en.cfm?pg=esfri. [9] Euroopan vihreän talouden tavoitteiden mukaisesti: ec.europa.eu/europe2020/targets/eu-targets/index_en.htm; KOM(2009) 111, Tiedonanto tieto- ja viestintätekniikan hyödyntämisestä siirryttäessä energiatehokkaaseen ja vähähiiliseen talouteen. [10] Suurteholaskennan asiantuntijoiden kuulemistapaamiset syyskuussa 2010 ja marraskuussa 2011. cordis.europa.eu/fp7/ict/e-infrastructure/events-p-2011_en.html. [11] KOM(2007) 799 lopullinen: Esikaupalliset hankinnat: innovoinnin edistäminen kestävien ja korkealaatuisten julkisten palvelujen varmistamiseksi Euroopassa: ”Yhdysvaltain julkinen sektori käyttää t&k-hankintoihin vuosittain 50 miljardia dollaria, joka on 20 kertaa suurempi kuin Euroopan vastaava summa”. [12] EURAB-raportti, PREST, 2004, US defence R&D spending: an analysis of the impacts. [13] KOM(2011) 811 lopullinen: Tutkimuksen ja innovoinnin puiteohjelman ”Horisontti 2020” (2014–2020) täytäntöönpanoa koskeva erityisohjelma, osio 1.1 ”Tieto- ja viestintäteknologiat: Seuraavan sukupolven tietotekniikka”. [14] Maailman kauppajärjestön WTO:n julkisia hankintoja koskevan sopimuksen III artiklan mukaisesti. [15] Tähän tarkoitukseen ohjelmassa varatun budjetin sallimissa rajoissa ja sillä edellytyksellä, että lainsäätäjä vahvistaa Horisontti 2020 -ohjelman. [16] Kuten todetaan tiedonannossa KOM(2007) 496, Tietotekniset taidot 2000-luvulla edistämään kilpailukykyä, kasvua ja työpaikkoja. [17] Asiakirjan KOM(2011) 810 lopullinen 40 ja 41 artiklan mukaisesti (”tutkimuksen ja innovoinnin puiteohjelman Horisontti 2020 (2014–2020) osallistumista ja tulosten levittämistä koskevat säännöt”).