Zondag 17/11/2019

Wetenschap

De supercomputer van Barcelona is al de mooiste. Nu moet hij ook de snelste worden

Supercomputer Mare Nostrum is gebouwd in een oude kapel in Barcelona. Beeld Dani Pujalte

De supercomputer van Barcelona is gekozen tot de mooiste, beroemd door Dan Brown en gevestigd in een kapel - de symboliek! Maar tot de allersnelste behoort hij niet. Daar wil Europa verandering in brengen. 

Het mediterrane gegons van de cicaden gaat binnen over in een monotoon gezoem: dit is hem dan, de snelste computer van Spanje, een computer die door de Europese Commissie is uitgekozen om tot de topvijf van de wereld te gaan behoren.

48 manshoge zwarte kasten volgepakt met processors, bespikkeld met groen knipperende lichtjes, als vuurvliegjes tegen een nachtelijke hemel. Eromheen een rechthoekige behuizing van glas. En dat alles in een oude kapel, inclusief glas-in-loodramen met de kruisiging en de aanbidding door de wijzen (van Christus, let wel).

Symbolischer kan bijna niet: de wetenschap die de plaats van religie heeft ingenomen. “Het is toeval dat deze supercomputer in een kapel is gebouwd”, haast Josep Martorell, adjunct-directeur van het Barcelona Supercomputing Center, zich te zeggen. “Toen in 2004 het eerste exemplaar werd gebouwd, zochten we op het universiteitsterrein een grote, hoge ruimte, zonder pilaren. We kwamen hier uit. Een ander voordeel: door de dikke stenen muren blijft de temperatuur vrij constant.”

De moderne wetenschap kan niet zonder supercomputers als deze. Of het nu om klimaatmodellen gaat, gepersonaliseerde medicijnen of de kansrijkste manier om energie op te wekken uit kernfusie: steeds is er een rekenkracht nodig die de capaciteiten van een ‘normale’ computer ver te boven gaat. Martorell: “Wat als onze wetenschappers geen toegang meer zouden hebben tot een supercomputer? Dat zouden ze niet overleven.”

Beeld Dani Pujalte

Het leidt tot een ongekende wedloop: toen de Barcelonese supercomputer in 2017 werd opgeleverd, stond hij op de zestiende plek ter wereld qua snelheid, inmiddels is hij afgezakt naar de 29ste plek. De snelste computer van het moment staat in Oak Ridge, Tennessee. Ook de op een na snelste computer is Amerikaans, daarna volgen twee Chinese exemplaren. Pas op de zesde plek kom je de eerste Europese computer tegen, in Zwitserland.

Maar nu de ieder-voor-zichmentaliteit zich in de wereld laat voelen, wil de Europese Unie niet meer afhankelijk zijn van de Verenigde Staten of China. Ze wil zelf enkele van de snelste computers ter wereld tot haar beschikking hebben. Er is besloten om 840 miljoen euro uit te trekken voor de bouw van drie hoogwaardige supercomputers: naast die in Barcelona komt er één in Bologna (Italië) en één in Kajaani (Finland). De bedoeling is dat ze alle drie tot de wereldwijde topvijf gaan behoren.

Om voorop te blijven lopen in de wetenschap, moet je toegang hebben tot geavanceerde computers, zo simpel is het. “De wetenschappelijke methode is veranderd”, legt Martorell uit, een 44-jarige computerwetenschapper en voormalige topambtenaar. “Eerst hadden we de denkmethode van Descartes: je formuleert een theorie door het gezond verstand te gebruiken. Vervolgens kwam Popper: je begint met een hypothese en bevestigt of verwerpt die met experimenten. Nu is er een derde methode: door gebruik te maken van data kunnen we de werkelijkheid simuleren. Scheikunde, natuurkunde, biologie: geen enkele natuurwetenschap kan meer zonder.”

De supercomputer Barcelona moet tot de topvijf wereldwijd gaan horen. Beeld Dani Pujalte

Een van die wetenschappers is María Teresa Pay (37). Zij houdt zich bezig met de samenstelling van de atmosfeer. Behalve een weerbericht staat er in de Spaanse kranten ook een dagelijkse voorspelling van de luchtvervuiling. De achterliggende berekeningen worden gedaan door wetenschappers als Pay. “Het is heel complex”, zegt ze. “We houden rekening met het verkeer, met de industrie, met de huishoudens, met winkelcentra. En met de meteorologie: wind, temperatuur, straling, vochtgehalte, enzovoort. Dat zijn enorme hoeveelheden data. En dan zijn onze voorspellingen ook nog heel precies, in hokken van 1 bij 1 kilometer.”

Net op dit moment is er enige opwinding in de onderzoeksgroep van Pay: er is sprake van een ongewoon hoge concentratie ozon in de lagere luchtlagen. Dat is schadelijk voor de gezondheid van de mens en remt ook de groei van gewassen op de akkers. Bij te veel ozon zijn overheden verplicht de burgers bijtijds te waarschuwen. Het is een zomerprobleem: een gevolg van de oplopende temperaturen en het vaker voorkomen van hittegolven.

María Teresa Pay gebruikt de supercomputer om de samenstelling van de atmosfeer te onderzoeken. Beeld Dani Pujalte

De modellen van Pay en haar collega’s stellen politici in staat het effect van maatregelen tegen luchtvervuiling in te schatten. Pay: “Is het bijvoorbeeld zinvol om de maximumsnelheid te verlagen van 100 naar 80 kilometer per uur? Dat was een kwestie die speelde bij de toegangswegen naar Barcelona. Het was geen populaire maatregel, mensen houden van doorrijden. Wij laten dan zien in hoeverre het zal helpen tegen de luchtvervuiling.”

Pay begon met haar onderzoek in 2005. Toen werd de eerste Barcelonese supercomputer, MareNostrum 1, nog gebruikt. Inmiddels staat MareNostrum 4 te snorren en met de Europese geldinjectie zal MareNostrum 5 verrijzen. Merkt ze het verschil? “Ja. De capaciteit is toegenomen. We kunnen veel meer gegevens meenemen in de berekeningen. En het belangrijkste: het gaat veel sneller. Uiteindelijk komt alles neer op snelheid.”

Waarom doet de supercomputer in een oogwenk waar een “normale” eindeloos over zou doen, bijvoorbeeld het naast elkaar leggen van duizenden genomen (het complete genetisch materiaal)? Adjunct-directeur Martorell pakt, zodra hij de Barcelonese tempel van de wetenschap is binnengegaan, een printplaat op die klaarligt. ‘Heel verschillend van de computer thuis is deze plaat niet’, zegt hij. De printplaat draagt niet één chip, maar twee, en deze chips hebben niet één of twee processors, maar 24. Zelfs op mensensnelheid valt uit te rekenen: dat zijn 48 processors in totaal, per printplaat. In de kapel bevinden zich 3.456 van zulke platen, dat wil zeggen: 165.888 processors. De rekensnelheid die dat oplevert is duizelingwekkend: 11,15 petaflops oftewel 11,15 biljard bewerkingen per seconde.

“De grote uitdaging voor computerwetenschappers”, vervolgt Martorell, “is om al die processors tegelijkertijd aan het werk te zetten.” Vergelijk het met een examenzaal vol leerlingen die zich op een wiskunde-examen storten. Als elk van de leerlingen alle sommen van het examen moet maken, duurt het lang voordat ieder de oplossingen heeft. Maar als ze de sommen onderling kunnen verdelen, zijn ze zo klaar.

De verdeling van het werk over de processors, dat gebeurt via de turquoise kabels, wijst Martorell. Dat zijn als het ware de zenuwen, die bij elkaar komen in het brein van de computer: een paar kasten in het midden van de ruimte.

Hoe dit immense hoofd koel te houden? Ook daaraan is gedacht: langs elke kast met processors loopt een radiator waardoor koud water stroomt, zodat de warmte wordt afgevoerd. De supercomputer gebruikt elk jaar voor 1,5 miljoen euro aan stroom, en 30 procent daarvan wordt gebruikt voor de koeling. Om de aanvoer van water en elektriciteit mogelijk te maken, staat de computer zelf iets hoger, op gelijke hoogte met het altaar. Onder het vloeroppervlak zie je zijn ingewanden: een uitgebreid stelsel van buizen en kabels.

Onder het vloeroppervlak zie je zijn ingewanden: een uitgebreid stelsel van buizen en kabels. Beeld Dani Pujalte

Het bouwen van de nieuwe, nog snellere supercomputer is volgens adjunct-directeur Martorell een “goed excuus” om eigen Europese technologie te ontwikkelen. “De onderdelen van de huidige supercomputers zijn afkomstig uit de Verenigde Staten, uit China of Japan. Europese technologie, die is er niet, of in elk geval niet tegen een concurrerende prijs. In de toekomst moet dat anders: we willen zo veel mogelijk Europese technologie. Dat is geen kwestie van nationalisme of protectionisme, maar van soevereiniteit.”

Hij geeft een voorbeeld. “De Amerikaanse president Obama verbood Intel in 2015 chips te verkopen aan de bouwers van een Chinese supercomputer. Wat als Amerika zoiets met Europa doet? Dan hebben we een probleem. Die chips zijn niet alleen cruciaal voor computers, maar ook bijvoorbeeld voor auto’s.”

Als je in de kapel bent, is het nauwelijks te bevatten: een machine die in verbinding staat met honderden wetenschappers en die enorme hoeveelheden data weet te verstouwen. Het krijgt iets mystieks. Hier gebeurt iets wat voor gewone stervelingen net zo ongrijpbaar is als het geloof.

“We maken er grappen over onderling”, verklapt David Torrents, leider van de onderzoeksgroep computationele genomica. “Dan zeggen we dat onze computer net als God alles ziet. Doordat hij zo veel variabelen kent, is hij in staat de toekomst te voorspellen. We zijn in Spanje veel minder religieus dan mensen denken.”

Josep Martorell is adjunct-directeur van het Barcelona Supercomputing Center. Beeld Dani Pujalte

Torrents spoort met behulp van de supercomputer de genetische oorzaken van ziektes op. “We vergelijken bijvoorbeeld het genetisch materiaal in tumoren met dat in gezonde cellen. Waar zitten de verschillen? Dat geeft ons een idee over welke genen betrokken zijn bij die ziekte.” Zo maakte het Barcelona Supercomputing Center een vergelijking tussen leukemiecellen en gezonde witte bloedcellen. “We hebben in de laatste vijf jaar meer over de oorzaken van kanker ontdekt dan in de hele geschiedenis daarvoor”, zegt Torrents.

Die ontdekkingen kunnen leiden tot nieuwe behandelingen. Torrents: “Als je weet welke genen betrokken zijn bij een ziekte, weet je ook welke eiwitten ermee te maken hebben – elk gen codeert immers voor een eiwit. En als je weet welke eiwitten een rol spelen, geeft dat een belangrijke aanwijzing voor het ontwikkelen van medicijnen.” Het is een ware revolutie in de geneeskunde. “Tot nu toe zijn de meeste behandelingen gerelateerd aan symptomen: je hebt hoofdpijn, gaat naar de dokter en die geeft je een medicijn. Straks is het mogelijk om de genetische oorzaak te vinden, en op basis daarvan de behandeling voor te schrijven. We staan nog helemaal aan het begin van zulke gepersonaliseerde geneeskunde.”

“Een computer in een kerkgebouw, dat is natuurlijk een goede metafoor”, zegt atmosfeerwetenschapper Pay. “Vroeger richtten mensen zich tot God als ze een probleem hadden, als ze wilden genezen van een ziekte bijvoorbeeld. Nu tot de wetenschap.”

‘De grote uitdaging voor computerwetenschappers’, zegt adjunct-directeur Martorell, ‘is om al die processors tegelijkertijd aan het werk te zetten.’ Beeld Dani Pujalte

Al is het op een bepaalde manier ook de goden verzoeken om een supercomputer te plaatsen in een kapel. Want wat gebeurt er als de computer zichzelf tot God verheft, en gaat beschikken over het leven van mensen? Met dat idee speelt Oorsprong, de nieuwste roman van Dan Brown, waarvan de ontknoping zich afspeelt precies hier, in deze kapel.

Het mooiste datacentrum ter wereld

Het Barcelona Supercomputing Center is in 2017 uitgeroepen tot het mooiste datacentrum ter wereld. Andere deelnemers waren onder meer een nucleaire bunker in Zweden en een piramide in de Verenigde Staten. Ook de Amsterdam Data Tower, een strak ontworpen toren in het Science Park in Amsterdam, dong mee. De wedstrijd werd georganiseerd door DatacenterDynamics, een bedrijf dat zich bezighoudt met de communicatie over datacentra. De prijs werd toegekend na een onlinestemming door het publiek.

Meer over

Wilt u belangrijke informatie delen met De Morgen?

Tip hier onze journalisten


Op alle verhalen van De Morgen rust uiteraard copyright. Linken kan altijd, eventueel met de intro van het stuk erboven.
Wil je tekst overnemen of een video(fragment), foto of illustratie gebruiken, mail dan naar info@demorgen.be.
DPG Media nv – Mediaplein 1, 2018 Antwerpen – RPR Antwerpen nr. 0432.306.234