EuroHPC JU: Jak Evropa buduje světovou superpočítačovou a AI infrastrukturu

Co je EuroHPC JU a proč na tom záleží

EuroHPC Joint Undertaking (EuroHPC JU) je společná iniciativa Evropské unie, členských a přidružených států a soukromých partnerů, jejímž cílem je vybudovat v Evropě konkurenční a udržitelný ekosystém vysokovýkonného počítání (HPC). Založená v roce 2018 a sídlící v Lucemburku, organizace sdružuje zdroje EU, 32 evropských zemí a tři soukromé subjekty s ambicí dosáhnout světového vedení v oblasti superpočítačů, kvantového výpočetnictví a škálovatelných AI platforem.

Hlavní mise EuroHPC JU

EuroHPC JU má několik vzájemně provázaných cílů: zlepšovat kvalitu života evropských občanů, posilovat vědecký výzkum, zvyšovat průmyslovou konkurenceschopnost a garantovat technologickou autonomii Evropy. Mezi klíčové aktivity patří budování panevropské infrastruktury superpočítačů, podpora výzkumu a inovací, rozvoj dodavatelského řetězce technologií od nízkoenergetických procesorů po middleware, a integrace HPC s umělou inteligencí, big data a cloudem.

Strategické investice a rozpočet

V červenci 2021 Rada EU přijala novou regulaci, která potvrdila ambiciózní směřování EuroHPC JU a přidělila mu rozpočet přibližně 7 miliard eur pro období 2021–2027. Tyto prostředky jsou alokovány z několika pilířů: Digital Europe Programme, Horizon Europe a Connecting Europe Facility. Základní rozdělení zahrnuje 1,9 miliardy eur z programu Digital Europe na akvizici a provoz exascale systémů, 900 milionů eur z programu Horizon Europe na výzkum a inovace a 200 milionů eur z Connecting Europe Facility na propojení HPC a datových zdrojů s evropskými datovými prostory a bezpečnými cloudovými infrastrukturami. Dále se očekává rovnocenný příspěvek od zúčastněných států a dalších 900 milionů eur ve formě finančních a věcných příspěvků od soukromých členů.

Výstavba infrastruktury: petascale, pre-exascale a exascale

EuroHPC JU již nasadilo řadu petascale a pre-exascale superpočítačů a směřuje k plnohodnotným exascale systémům. Cílem je pořídit v Evropské unii několik pre-exascale superpočítačů s výkonem řádově 10^17 výpočtů za sekundu a následně dosáhnout exascale úrovně (10^18 operací za sekundu). Tyto stroje mají sloužit akademickému výzkumu, průmyslu a veřejným institucím po celé Evropě, včetně malých a středních podniků.

Dosavadní špičkové systémy

Mezi první nasazené superpočítače patří LUMI (Finsko, světové pořadí 3), LEONARDO (Itálie, pořadí 4), MareNostrum5 (Španělsko, pořadí 8), a další: Vega (Slovinsko), MeluXina (Lucembursko), Discoverer (Bulharsko), Karolina (Česko) a Deucalion (Portugalsko). První evropský exascale systém Jupiter se staví v Německu. EuroHPC také oznámilo pět nových hostingových lokalit v Německu, Řecku, Maďarsku, Irsku a Polsku pro další generaci strojů.

AI Factories: nový pilíř EuroHPC pro obecné AI modely

V lednu 2024 navrhla Evropská komise rozšíření regulace EuroHPC o tzv. AI Factories, což představuje zásadní rozšíření mandátu JU. AI Factories budou pořizovat a rozvíjet velké General Purpose AI (GPAI) modely, poskytovat jejich výcvik a ladění na výkonných superpočítačích a připravovat programovací a testovací prostředí pro vývoj a validaci škálovatelných AI řešení.

Co AI Factories přinesou

AI Factories budou podporovat vznik nové generace GPU včetně akcelerátorů pro kvantové výpočty, reagují na globální nedostatek čipů a zároveň otevírají přístup k pokročilým AI nástrojům zejména startupům a SME. Organizace budou moci spolupracovat s EuroHPC při vývoji algoritmů, testování a evaluaci velkých modelů, což urychlí vznik aplikací založených na obecných AI modelech v Evropě.

Podpora výzkumu, aplikací a průmyslu

EuroHPC JU financuje výzkum a vývoj v oblastech systémového softwaru, middleware, nástrojů pro vývoj paralelních aplikací a optimalizace kódu pro budoucí generace superpočítačů. Součástí jsou také HPC Centres of Excellence a národní HPC Competence Centres, které usnadňují přístup k HPC službám, školení a technologickým konzultacím pro průmysl včetně SME.

Centra excelence a kompetenční centra

Centra excelence se zaměřují na aplikační oblasti jako klimatické modelování, bioinformatika, materiálové vědy nebo simulace v energetice. Národní kompetenční centra poskytují lokální podporu, pomáhají firmám identifikovat možnosti použití HPC, vytvářejí pilotní projekty a školí specialisty, čímž přispívají ke snížení digitální propasti a ke zvýšení odborných dovedností v Evropě.

Funkce a klíčové vlastnosti infrastruktury EuroHPC

HPC infrastruktura EuroHPC se vyznačuje několika zásadními vlastnostmi:

• Extrémní výpočetní výkon: systémy od petascale po exascale pro paralelní a datově náročné aplikace.
• Federovaná dostupnost: přístup k prostředkům z různých hostingových lokalit přes společné rozhraní a bezpečné cloudové služby.
• Integrované AI a kvantové kapacity: podpora výcviku velkých AI modelů a rozhraní pro kvantovou simulaci.
• Zaměření na energetickou efektivitu: vývoj nízkoenergetických procesorů a systémů pro zelené výpočty.
• Široká podpora softwaru: optimalizované knihovny, nástroje pro paralelní programování a middleware pro správu jobů a dat.

Porovnání: EuroHPC vs. jiná mezinárodní HPC centra

EuroHPC se liší od národních nebo komerčních HPC center především svým federativním modelem, který kombinuje veřejné financování, národní příspěvky a zapojení průmyslu. Na rozdíl od některých komerčních služeb, které jsou postavené na proprietárních cloudových platformách, EuroHPC klade důraz na spolupráci akademie, veřejného sektoru a průmyslu a na transparentní přístup pro vědeckou komunitu a firmy.

V porovnání s velkými zámořskými infrastrukturními hráči EuroHPC také aktivně pracuje na zvláštních pilířích, jako jsou AI Factories a integrace kvantových počítačů, aby snížil závislost Evropy na dovážených technologiích a čipech.

Výhody pro český průmysl a akademii

Pro Českou republiku a místní firmy znamená zapojení do EuroHPC JU přístup k špičkovým výpočetním zdrojům, šablonám pro průmyslové piloty a možnostem školení. Karolina jako český superpočítač je už dostupná uživatelům a funguje jako lokální brána do širší evropské sítě. SME získají možnost testovat HPC-driven obchodní modely, zrychlit vývoj produktů a modernizovat výzkumné procesy bez nutnosti vlastnit drahou infrastrukturu.

Příklady použití a případové studie

HPC a exascale systémy se uplatní v mnoha oblastech:

• Klimatologie a predikce počasí: přesné globální modely s vysokým rozlišením.
• Bioinformatika a zdravotnictví: simulace proteinů, analýza genomů a vývoj léků.
• Energetika a materiálové vědy: simulace materiálů pro baterie, optimalizace sítí a renovace jaderných reaktorů.
• Automobilový a letecký průmysl: CFD simulace, návrh aerodynamiky a bezpečnostní testy.
• Finanční sektor: rizikové modelování, vysokofrekvenční simulace a analýza velkých dat.

Konkrétní případ: malá biotechnologická firma může využít federovanou infrastrukturu EuroHPC k rychlému natrénování modelu pro návrh léčiv, aniž by investovala miliony do vlastního hardware. Národní kompetenční centrum pak pomůže optimalizovat pracovní postupy a integrovat výsledky do výrobního procesu.

Tržní relevance a dopad na evropskou konkurenceschopnost

Vybudování integrovaného HPC a kvantového ekosystému je strategií pro udržení konkurenceschopnosti v digitální ekonomice. Silná infrastruktura s AI kapacitami posiluje suverenitu EU v oblasti dat, umožňuje vznik nových průmyslových klastrů a přiláká investice do high-tech odvětví. Pro firmy to znamená rychlejší inovace, lepší přístup k talentům a možnost konkurovat globálně s použitím pokročilých modelovacích a simulačních nástrojů.

Řízení, členství a spolupráce

EuroHPC JU má strukturované řízení: Governing Board rozhoduje o strategii a financování; Industrial and Scientific Advisory Board (ve složení RIAG a INFRAG) poskytuje nezávislé poradenství; Executive Director odpovídá za denní provoz. Mezi veřejné členy patří EU a více než 30 evropských států včetně České republiky. Soukromí členové zahrnují ETP4HPC, BDVA a QuIC. Spolupráce s aktéry jako PRACE a GEANT zajišťuje propojení s evropskou výzkumnou komunitou a akademickými sítěmi.

Bezpečnost, přístup a správa dat

Důraz na bezpečnost a interoperabilitu je klíčový: federovaná architektura umožňuje bezpečný přístup uživatelů napříč státy, integraci s evropskými datovými prostory a nasazení šifrovaných cloudových služeb. EuroHPC podporuje standardy pro sdílení dat a zároveň dodržuje regulační požadavky EU v oblasti ochrany osobních údajů a kybernetické bezpečnosti.

Výzvy a budoucí směry

Mezi hlavní výzvy patří zajištění dodavatelského řetězce (zejména čipů), energetická náročnost superpočítačů a potřeba kvalifikovaných odborníků. Projekty jako AI Factories, vývoj nových GPU a investice do vzdělávání prostřednictvím kompetenčních center mají tyto problémy řešit. EuroHPC zároveň plánuje další rozšiřování hostingových míst a hlubší integraci kvantových zdrojů v Evropě.

Resumé: proč EuroHPC JU mění pravidla hry

EuroHPC JU představuje strategickou investici do evropské digitální suverenity. Díky kombinaci špičkové infrastruktury, podpory výzkumu, rozvoje dovedností a nových iniciativ zaměřených na AI a kvantové technologie Evropa výrazně zvyšuje své šance stát se globálním lídrem v HPC a AI. Pro české instituce a firmy to znamená přístup k výkonným nástrojům, nové obchodní příležitosti a možnost rychlejší inovační transformace.

Pro technické týmy, výzkumníky a manažery v Česku je proto důležité sledovat výzvy a financování EuroHPC, využívat služeb národního kompetenčního centra a aktivně se zapojit do pilotních projektů, které mohou přinést měřitelné konkurenční výhody.