Een van de tien prioriteiten van de Commissie-Juncker is de strategie voor de digitale interne markt. Die strategie moet erin voorzien dat het veel gemakkelijker wordt om in een ander EU-land online producten of diensten te kopen, met als doel het groeipotentieel van de digitale economie binnen de Europese Unie (EU) optimaal te laten renderen en vooral ook te kunnen maximaliseren. In het DG Connect wordt uitvoering gegeven aan de EU-strategie voor de digitale interne markt. Een goed functionerende digitale interne markt kan 415 miljard euro per jaar bijdragen aan onze economie en honderdduizenden nieuwe banen creëren, stelt Thomas Skordas.
High performance computing (hpc), gemakshalve ook wel aangeduid als ‘supercomputers’, kan expliciet bijdragen aan de digitale transformatie van onze industrie en onze samenleving. Het is ‘key’ technologie voor de toekomstige innovatie en het concurrentievermogen van de EU.
Thomas Skordas is verantwoordelijk voor de digitale onderzoeksinfrastructuur en voor de open wetenschapscloud (samen met het directoraat-generaal Onderzoek en Innovatie (DG RTD), alsmede hpc en opkomende en toekomstige technologieën (Future and Emerging Technologies FET), waaronder de grootschalige onderzoeksinitiatieven in de FET ‘vlaggenschepen’. Al deze gebieden worden ondersteund in het kaderprogramma van de EU voor onderzoek en innovatie: Horizon 2020.
Waar ligt de focus in het werk van het directoraat digital excellence en wetenschappelijke infrastructuur? ‘De missie van het directoraat is te zorgen voor leiderschap in toekomstige ict-technologieën en -infrastructuren en bij te dragen aan de transformatie van de manier waarop onderzoek wordt opgezet, toegepast, verspreid en gebruikt.’
De dagelijkse praktijk
Skordas schetst de dagelijkse praktijk van de vier programma’s binnen DG Connect. ‘In afstemming met het DG RTD ondersteunt het programma e-infrastructuur en de wetenschapscloud de ontwikkeling van een pan-Europese onderzoeksinfrastructuur. Deze moet erin voorzien dat wetenschappers en onderzoekers, op een open manier, toegang verkrijgen tot gegevens op de Europese Open Science Cloud (EOSC) en deze kunnen controleren en (her)gebruiken. De EOSC is een pan-Europees strategisch onderzoeksinitiatief dat tot doel heeft een vertrouwde wetenschapscloud-omgeving te creëren voor het hosten en verwerken van onderzoeksgegevens. En dat alles om de EU-wetenschap te ondersteunen in haar wereldwijd leidende rol.’
De onderzoeksinfrastructuur faciliteert en vergemakkelijkt de samenwerking tussen de wetenschappers en onderzoekers met behulp van hogesnelheidscommunicatienetwerken, legt Skordas uit. Deze bieden een uiterst betrouwbare toegang tot computers, gegevensopslag en -uitwisseling en toepassingen voor gegevensanalyse en hulpmiddelen die de onderzoekers nodig hebben voor hun dagelijkse werk.
Kwantumtechnologieën
‘Met high performance computing (hpc) en kwantumtechnologie verlenen we ondersteuning bij het onderzoek naar exascale computertechnologieën en -toepassingen en de opkomst van een pan-Europese hpc-infrastructuur van wereldklasse. En dat doen we met name via het hpc contractueel publiek-privaat partnerschap (ETP4HPC cPPP). Daarin wordt samengewerkt door de Europese Commissie, technologieleveranciers, supercomputing centers, universiteiten en onderzoekscentra om de volgende generatie HPC-technologieën, -toepassingen en -systemen te ontwikkelen. Tenslotte doet dit programma ook het onderzoek naar kwantumtechnologieën en de implementatie van het FET-kwantumtechnologie-vlaggenschip.’
Veelbelovende onderzoeksthema’s
Het derde programma, Future and Emerging Technologies (FET), legt zich toe op de ondersteuning van onderscheidend en risicovol, multidisciplinair en grensverleggend onderzoek, stelt Skordas. Het vormt de basis voor de radicaal nieuwe generatie technologieën en stimuleert opkomende thema’s door kritische massa te ontwikkelen, voor nog nader te verkennen, maar veelbelovende onderzoeksthema’s. Het vierde programma, FET-Flagships, is het vlaggenschip programma voor toekomstige en opkomende technologieën. Dit ondersteunt de visionaire, grootschalige en wetenschappelijk gestuurde strategische onderzoeksinitiatieven die zich over een lange termijn focussen op de grote wetenschappelijke en technologische uitdagingen van Europa. De FET-vlaggenschepen worden doorgaans gedurende een periode van tien jaar uitgevoerd. ‘Hierbij zijn enige honderden wetenschappers en onderzoekers uit heel Europa betrokken. We praten, voor de algehele ondersteuning, over ongeveer 1 miljard euro per vlaggenschip.’
Voorbeelden hiervan zijn de onderzoeksprogramma’s het ‘Human Brain Project’, dat zich toelegt op het ontrafelen van het menselijk brein, en het ‘Grafeen Project’. Grafeen is een bijzondere vorm van koolstof met bijzondere eigenschappen die tot tal van nieuwe toepassingen zou kunnen leiden waarmee de economie kan worden gestimuleerd.
Horizon Europe
Het programma FET-Flagships is ook verantwoordelijk voor de voorbereiding van nieuwe vlaggenschepen die in het kader van ‘Horizon Europe’, het volgende EU-kaderprogramma voor onderzoek en innovatie, gelanceerd zouden kunnen worden. High performance computing (hpc) is een onderwerp dat tegenwoordig steeds meer in de belangstelling staat. Hoe past hpc in de strategie voor een digitale interne markt en de andere beleidsprioriteiten van de Europese Commissie?
‘Hpc is toegespitst op wetenschappelijke en/of technische vraagstukken en ingewikkelde berekeningen, taken die met standaard computers niet zijn uit te voeren. Het kan daarmee bijdragen aan een bloeiende digitale interne markt door de industrie te digitaliseren en innovatie en werkgelegenheid te genereren. hpc-systemen zijn van cruciaal belang voor de Europese industrie, en met name voor het midden- en kleinbedrijf (MKB), om innovatieve, geavanceerde producten en diensten te ontwikkelen die het concurrentievermogen van Europa op mondiaal niveau vergroten.’
‘HPC-technologieën veranderen ook de manier waarop onderzoek wordt uitgevoerd en kennis wordt gedeeld, als onderdeel van een transitie naar het Open Science Cloud-paradigma. En ook is hpc van fundamenteel belang voor het verder opbouwen van onze dynamische data-economie. Hpc maakt het namelijk mogelijk om de immer groeiende hoeveelheden gegevens, real-time te verwerken.’ Al deze uitdagingen hebben een hoge politieke prioriteit in de digitale interne marktstrategie (Digital Single Market Strategy), benadrukt Skordas.
Van essentieel belang
Toegang tot supercomputers is een essentiële en strategische basis voor het welzijn van de Europese burgers, voor het wetenschappelijke leiderschap van de Europese Unie en het concurrentievermogen van de industrie, vervolgt Skordas. ‘Meer dan zevenhonderd wetenschappelijke applicaties zijn tegenwoordig afhankelijk van supercomputers. Hpc kan bijvoorbeeld ook de drijvende kracht zijn bij het ontwikkelen van nieuwe technologieën voor onze gezondheid. Denk aan de ontwikkelingen op het vlak van vroege detectie en behandeling van ziekten, nieuwe therapieën op basis van gepersonaliseerde en precisiegeneeskunde, of voor het begrijpen van de ontwikkeling van kanker en de ontwikkeling van uitzaaiingen.’
Binnen het eerdergenoemde FET-vlaggenschipproject ‘Human Brain Project’ en bij andere hersen-gerelateerde onderzoeksactiviteiten, worden supercomputers gebruikt voor een meer gelaagde en gedetailleerde simulatie en modellering van het menselijk brein om inzicht te verkrijgen in hoe het is georganiseerd en de werking ervan te begrijpen. Hpc wordt ook ingezet om nauwkeuriger en real-time weersvoorspellingen te doen, klimaatverandering te simuleren en bij het voorspellen en beheren van grootschalige natuurrampen zoals verwoestende orkanen.
Opwekken hernieuwbare energie
Een ander voorbeeld is dat hpc ook wordt gebruikt bij het testen van apparatuur voor het opwekken van hernieuwbare energie, inclusief fusie-energie. De huidige experimentele fusiereactoren gebruiken hpc ten behoeve van simulaties en oplossingen op het gebied van het gedrag van fusieplasma, met inbegrip van instabiliteit, turbulent transport, de wisselwerking tussen plasma en de wand, en verhitting. ‘Hpc is in dit kader zeer waardevol als het gaat het bevorderen van en de transitie naar schone energie, juist op een moment dat Europa en wereldwijd men meer en meer afstapt van het gebruik van vervuilende fossiele brandstoffen.’
Wat doet de Europese Commissie om hpc in Europa te ondersteunen? En wie zal hiervan profiteren? ‘Ondanks de investeringen in de afgelopen tijd loopt de Europese Unie achter in hpc-technologie en beschikbare supercomputers in vergelijking tot de VS, China en Japan. De huidige situatie is dat er geen enkel Europees land beschikt over de krachtigste supercomputers binnen de top tien van de hpc-systemen. De Europese Commissie erkent dat verdere inspanningen nodig zijn om de onafhankelijkheid van HPC-technologie en –capaciteit te behouden en een wereldleider op dit gebied te worden. De lidstaten moeten daarom hun strategieën voor investeringen in hpc op Europees niveau coördineren en hun krachten bundelen.’
EuroHPC-initiatief
In dat kader is in januari 2018 het EuroHPC-initiatief (zie kader) als gemeenschappelijke onderneming geannonceerd (Joint Undertaking – JU). Dit rechtsinstrument maakt het mogelijk de krachten te bundelen tussen de EU, de Europese landen die de EuroHPC-verklaring hebben ondertekend en de vertegenwoordigers en stakeholders van supercomputers en big data, waaronder de academische wereld en het bedrijfsleven.
De JU heeft twee hoofddoelen, legt Skordas uit: ‘Als eerste moet erin worden voorzien dat er in Europa een hpc-infrastructuur wordt aangeschaft en geïmplementeerd in de vorm van twee pre-exascale supercomputers van wereldklasse (die in staat zijn tot ongeveer 1017 berekeningen per seconde te doen) en tenminste twee supercomputers uit het middensegment (met 1016 berekeningen per seconde). Het is de bedoeling dat deze supercomputers beschikbaar worden gesteld aan academische- en industriële onderzoekers en aan de overheid, waardoor specialisten en gebruikers kennis kunnen delen en innovatieve applicaties kunnen ontwikkelen.’
Laag stroomverbruik
‘Ten tweede is de JU bedoeld om de ambitieuze onderzoeks- en innovatieagenda in hpc te ondersteunen. Dit betreft het onderzoeks- en innovatieprogramma ten bate van de ontwikkeling van onze Europese hpc-technologie en het co-design van Europese exascale-machines (geschikt voor tenminste 1018 berekeningen per seconde) op basis van Europese microprocessortechnologie met een laag stroomverbruik. Ook zal er aandacht worden gegeven aan de ontwikkeling van toepassingen en aan de vaardigheden van een breed gebruik van hpc. Het moet uiteindelijk in een innovatief en concurrerend HPC-ecosysteem resulteren dat de volledige ‘hpc-waardeketen’ dekt, van technologiecomponenten tot systemen en machines en van toepassingen tot en met vaardigheden.’
De gemeenschappelijke onderneming EuroHPC zal volgens de planning in 2019 van start gaan en tot eind 2026 operationeel blijven. Het totale budget zal ongeveer 1 miljard euro bedragen en door haar leden worden gefinancierd.
Skordas zegt dat het EuroHPC-initiatief het Europese wetenschappelijke en industriële hpc-landschap zal veranderen, waardoor baanbrekend onderzoek mogelijk wordt en ervoor wordt gezorgd dat de resultaten ervan vooral Europa ten goede zullen komen. ‘Europese bedrijven zullen hun ontwikkelingscycli aanzienlijk kunnen verkorten, kosten kunnen besparen en hun besluitvormingsprocessen kunnen optimaliseren.’
Technologie gebruiken voor beleid
Skordas voorspelt dat de effecten ervan ook voor de EU-landen voelbaar zullen zijn. ‘De EU-landen kunnen hun hpc-strategieën coördineren en afstemmen en de technologie gebruiken voor hun beleid op het vlak van energie, gezondheidszorg en nog veel meer maatschappelijke thema’s zoals stedelijk data-management en cyberbeveiliging.’
De doelstellingen van de Europese Commissie met betrekking tot EuroHPC zijn duidelijk ambitieus. Zijn er nog andere initiatieven die zich richten op technologie en vaardigheden die nodig zijn om Europa’s wetenschappelijk leiderschap en industrieel concurrentievermogen te verhogen en innovatie en kennis te borgen?
‘Ja, absoluut! In maart van dit jaar hebben we daartoe het European Processor Initiative (EPI) gelanceerd. Dat betreft een consortium dat zal gaan werken aan het co-ontwerpen, ontwikkelen en op de markt brengen van een Europese microprocessor met laag stroomverbruik. Deze technologie ligt aan de basis voor de ontwikkeling van pre-exascale en exascale systemen. EPI is inzetbaar voor veel toepassingsgebieden, denk aan bijvoorbeeld de Europese auto-industrie, maar ook de Europese datacenters.’
Kennisopbouw en kennisborging
‘Het is erg belangrijk dat we ook de volgende generatie van Europese wetenschappers aanmoedigen en opleiden in de nieuwe vereiste vaardigheden van hpc. Omdat de Europese universiteiten een tekort hebben in het opleiden van computerwetenschappers, ondersteunt de Europese Commissie Prace (Partnership for Advanced Computing in Europe). Zij leveren opleidingen en computers- en gegevensbeheerdiensten aan de hpc-onderzoeksector.’
‘We ondersteunen ook hpc centers of excellence op gebieden als hernieuwbare energie, computationele geneeskunde, moleculaire en atomaire modellering, klimaatverandering, wereldwijde systeemwetenschappen en bio-moleculair onderzoek. Deze centra bieden ook specifieke programma’s om zoveel mogelijk computationele wetenschappers op deze belangrijke gebieden te trainen.’
Centres of excellence
Skordas voegt eraan toe dat voor het verder verspreiden van het gebruik van hpc-technologieën en het overbruggen van de kloof met betrekking tot digitale vaardigheden, wordt gewerkt aan het stimuleren van de oprichting, netwerkvorming en coördinatie van Europese hpc competence centres. ‘Deze centres of Excellence zullen on-demand diensten leveren aan de industrie, de academische wereld en de overheid en zullen de toegang tot het hpc-ecosysteem vergemakkelijken. Door lokaal kennis en computerservices te bieden, kan er worden ingespeeld op de werkelijke behoeften van het bedrijfsleven. Met name het mkb, dat niet beschikt over middelen, kennis en vaardigheden, kan dan ook profiteren van de nieuwe technologieën.’
Dit artikel is ook te lezen in GOV magazine nummer 14 van Atos.
