EuroHPC-supertietokone LUMI sai kodin Kajaanista
Maailman tehokkaimpiin kuuluva supertietokone LUMI on aloittamassa toimintaansa CSC – Tieteen tietotekniikan keskuksen datakeskuksessa Kajaanissa tämän vuoden aikana. Tilat sille saneerattiin entiseen paperikonehalliin Renforsin Rannan yritysalueella. Koko hankkeen kustannukset ovat 202 miljoonaa euroa, johon sisältyy supertietokone ja sen vaatima tekniikka.
Kajaaniin sijoittunut LUMI (Large Unified Modern Infrastructure) on kymmenen Euroopan maan ja Euroopan unionin EuroHPC-yhteisyrityksen supertietokonehanke, jonka tarkoitus on parantaa Euroopan tutkimusta, työllisyyttä ja kilpailukykyä. LUMI on tarkoitettu ennen kaikkea kansainväliseen tutkimuskäyttöön ja tutkimuksen avuksi, mutta yritystenkin tarpeisiin on varattu viidennes sen kapasiteetista.
LUMI-supertietokone tarjoaa huippunopeaa laskentatehoa, ja se on yksi maailman edistyksellisimmistä alustoista tekoälylle. Noin seitsemän vuoden elinkaarensa ajan se on yksi maailman näkyvimmistä tieteellisistä instrumenteista ja tekee CSC:n datakeskuksesta yhden maailman suurimmista toimijoista suurteholaskennassa.
Kajaanin Renforsin Rannan vanhassa paperikonehallissa LUMI on saanut arvoisensa sijaintipaikan. Yhteensä supertietokoneen käyttöön on saneerattu noin 6000 neliömetriä tilaa. Siitä varsinaisen tietokonehallin osuus on 800 neliömetriä, josta Hewlett Packard Enterprisen toimittama HPE Cray EX -laitebrändin supertietokone täyttää 150 neliömetriä.
Tekniikka edellä, elämyksellisyys mukana
Rakennushankkeen keskipisteenä oli luonnollisesti tiloihin tuleva tietokone ja sen vaatima mittava talotekniikka. Useimmista muista datakeskuksista LUMI poikkeaa kuitenkin siinä, että luotettavan ja turvallisen toimintaympäristön rakentamisen lisäksi huomiota kiinnitettiin siihen, miltä tilat näyttävät.
– Halusimme, että lopputulos kuvastaisi kohteen ainutlaatuisuutta ja tarjoaisi myös visuaalisen elämyksen. Taustalla on se, että tämä poikkeaa tavanomaisista datakeskuksista julkisena hankkeena ja maailmanlaajuisesti kiinnostavana kohteena, johon tullaan tutustumaan eri puolilta maailmaa, sanoo CSC:n Kajaanin datakeskuksen johtaja Jukka-Pekka Partanen.
Visuaalista ilmettä tarjoaa etenkin supertietokoneen ainutlaatuinen ja futuristinen suojakuori, jonka ovat ideoineet laitoksen pääsuunnittelija Mikael Haasmaa ja arkkitehtisuunnittelija Anniina Meriläinen Synopsis Arkkitehdit Oy:stä. Inspiraatiota siihen on haettu lumihiutaleista ja lumihangesta supertietokoneen nimeä mukaillen. Materiaalina on rei’itetty alumiinikomposiittipaneeli.
– Kuoren haluttiin kuvastavan supertietokonetta, jonka se peittää, mutta muistuttavan myös menneestä. Paneelit ja niiden rei’itys tarjoavat liittymäkohtia rakennuksen alkuperäiseen käyttötarkoitukseen paperintuotannossa sekä ensimmäisiin tietokoneisiin, joissa käytettiin reikäkortteja, Haasmaa kertoo.
– Koko hankkeen luonteeseen sopii hyvin sekin, että kuoren ja niiden rei’itysten suunnittelussa hyödynnettiin 3D-mallinnusta ja parametrista suunnittelua, jossa meillä oli apuna Geometria Architecture Oy. Perinteisiä pdf-piirustuksia ei tuotannossa siis käytetty, vaan toimitimme aineiston leikkausta ja rei’itystä varten suoraan tehtaalle. Siellä paneelit leikattiin muotoon ja joka levyyn tehtiin erilainen, siihen suunniteltu rei’itys. Lopuksi kuori kootaan paikan päällä, Meriläinen sanoo.
Futuristista vaikutelmaa tehostaa levyjen taakse sijoitettu valaistus ja salin kohdevalaistus.
Tietokonehallin teema jatkuu myös vierailukeskuksessa, jossa on käytetty samaa alumiinikomposiittimateriaalia. Ilmettä ja käytettävyyttä tilaan tuo myös se, että kokonaiset seinät muuttuvat tarvittaessa valkokankaaksi av-järjestelmän avulla. Vierailukeskukseen kuuluu myös konehalliin aukeava näköalatasanne, joka tarjoaa näkymät supertietokoneeseen.
– Tietokoneen kuoren vastapainona tiloissa näkyy myös rakennuksen historia ja teollinen ilme, jota ei ole yritetty peitellä, Haasmaa toteaa.
Visuaalisesti vaikuttavan ilmeen luominen LUMI-supertietokoneelle oli vain yksi osa tilojen muuntamista uuteen käyttötarkoitukseen. Haastavin osuus on tavallisen kävijän näkymättömissä supertietokoneen alapuolella.
– Talotekniikan tilat kuten muuntamot ja jäähdytyskonehuoneet ovat tehdasrakennuksen alimmassa kerroksessa, kerrosta alempana kuin vanha paperikonehalli, johon tietokonesali on rakennettu. Halliin sijoitetusta tietokonesalista päädyttiin suunnittelun aikana tekemään kaksikerroksinen, eli tietokoneiden alla on 2500 millimetriä korkea asennuslattia. Näin päästiin ratkaisuun, jossa tietokoneiden sähkönsyöttö ja jäähdytyslinjastot voitiin sijoittaa omaan tilaansa lattian alapuolelle eikä tietokonesalissa ole tietokoneiden lisäksi muuta kuin jäähdytyksen ja sammutuksen päätelaitteet, Haasmaa ja Meriläinen kertovat.
Aikaisemman paperikonehallin perusteellinen muodonmuutos vietiin lävitse vain vähän yli vuodessa. Osaurakoina toteutetun hankkeen kilpailutukset käynnistettiin vuoden 2019 loppupuolella, urakoitsijat valittiin vuoden 2020 alkupuolella ja rakennustyöt käynnistyivät kevättalvella 2020. Laajat testaukset vietiin lävitse keväällä 2021 ja toukokuussa 2021 laitos sai käyttöluvan.
Kesäkuun alussa laitoksella tehtiin vielä viimeistelytöitä, ja varsinaiseen käyttöön LUMI otetaan vuoden 2021 aikana. Koko hankkeen kustannukset ovat 202 miljoonaa euroa, johon sisältyy supertietokone ja sen vaatima tekniikka.
Rakennushanke oli jaettu kymmeneen osahankkeeseen. Pääurakoitsijana oli Kainuun alueella teolliseen rakentamiseen erikoistunut RPK Rakennus Kemppainen Oy. Hankkeessa konseptisuunnitteluvaiheesta lähtien mukana ollut Granlund vastasi hankkeen suunnittelusta yhdessä Synopsis Arkkitehdit Oy:n kanssa sekä projektijohtamisesta A-Insinöörien kanssa, jonka vastuulla oli rakennesuunnittelu sekä projektijohtajan ja valvonnan tehtävät.
Kuin teollisuuden investointihanke
Vaikka kyse oli tilojen rakentamisesta supertietokoneelle, itse projekti muistutti toteutukseltaan ennen kaikkea teollisuuden investointihanketta. Kaikki rakentui LUMIn ympärille ja sen ehdoilla. Teollista mittakaavaa olivat myös sähkönsiirto- ja jäähdytysjärjestelmät.
– Projektissa korostui talotekniikka ja kaiken tarvittavan yhteensovittaminen, sanoo Granlundin konesalisuunnittelun liiketoimintajohtaja Jari Innanen. RPK Rakennus Kemppainen Oy:n toimitusjohtaja Samuli Myllykoski on samaa mieltä.
– Rakentamisen perusperiaatteet olivat tosiaankin samanlaiset kuin teollisissa hankkeissa. Poikkeuksellista oli tavallista suurempi detaljien määrä, iso jäähdytysjärjestelmä sekä tekniikan rakentaminen vanhaan rakennukseen, mikä tuo tietenkin mukanaan omia haasteita. Erityistä huomiota piti kiinnittää töiden järjestykseen, koska tekniikkaa oli niin paljon. Samoin nosto- ja siirtotöissä piti ottaa huomioon alueen muu rakennuskanta, Myllykoski sanoo.
Pienenä yllätyksenä rakentajille tuli se, että hallin rakenteita jouduttiin joiltain osin vahvistamaan. Ennakko-oletus oli, että paperikonetta varten aikanaan rakennetun tilan kantavuudet olisivat riittäneet, mutta supertietokoneen noin 150 000 kilon paino vaati muun muassa välikaton vahvistamista palkistolla. Lisäksi tekniikkaa varten rakennukseen tehtiin paljon järeitä teräsrakenteita.
– Rakennuksessa liikkuu suuret sähkövirrat. Samoin rakennukseen tehtiin isot jäähdytysjärjestelmät, jotka vaativat jopa 300–400 millimetrin jäähdytysputkia ja suuria lauhduttimia. Isot jäähdytysputket ja isot sähkökaapelit vaativat yhteiskannakointijärjestelmän osalta todella järeitä teräsrakenteita, joiden suunnittelu ja muokkaaminen oli iso urakka, kertoo hankkeen projektipäällikkö, A-Insinöörien rakennuttamisjohtaja Jari Ojala.
Korona ei hidastanut
Suunnittelijoille ja rakentajille haastetta aiheutti myös se, että supertietokoneen toimittajan valinta ajoittui keskelle kiivainta rakennusvaihetta, jolloin lähtötiedot tarkentuivat vielä osittain. Tähän oli Granlundin Innasen mukaan tosin osattu valmistautua.
– Tällaisissa projekteissa hankintapäätökset tehdään mahdollisimman myöhään, koska teknologia menee eteenpäin nopealla vauhdilla. Siksi varauduimme suunnittelussa eri vaihtoehtoihin, hän sanoo.
Projektipäällikkö Jari Ojala jatkaa, että haasteista huolimatta aikataulussa pysyttiin kohtuullisen hyvin. Projektin aikana puhjennut koronapandemiakaan ei onneksi aiheuttanut suuremmin viivästyksiä toimituksiin eikä rakennustyömaalla ilmennyt tartuntoja.
– Suhtauduimme asiaan vakavasti. Pyrimme siihen, että alueella työskentelisivät samat henkilöt, sosiaalitilat oli hajautettu ja ulkopuolisilta kävijöiltä edellytettiin maskin käyttöä. Samoin työmaakokoukset ja palaverit järjestettiin pääasiassa sähköisten yhteyksien avulla ja fyysisesti paikalla olevien käytössä oli suuri auditorio, jossa pystyttiin säilyttämään riittävät turvavälit.
– Rakentajien näkökulmasta vanhaan tilaan rakentamisessa oli se hyvä puoli, että lähes koko urakka voitiin viedä lävitse kuivissa sisätiloissa, vaikka vesikatolla olikin lauhdutinasennusten aikana hiukan haastetta ja jouduttiin varautumaan sääsuojiin. Pakkasistakaan ei ollut haittaa, kun lämpötila oli sisällä jatkuvasti vähintään 10 astetta, Ojala kertoo.
Ekologinen ja kustannustehokas
Laskentatehon lisäksi LUMI-supertietokone on huippuluokkaa myös ekologisen kestävyyden ja kustannustehokkuuden osalta. Tässä se vastaa EU:n asettamiin kunnianhimoisiin ilmastotavoitteisiin ja näyttää suuntaa datakeskuksille ja koko Euroopan ICT-sektorille.
– Tämä on ollut yksi hankkeen päämääristä ja olemme onnistuneet niin hyvin, että lopputulos on jopa hiilinegatiivinen. Tähän päästään sillä, että Lumi-supertietokoneen tarvitsema sähkö tuotetaan sataprosenttisesti vesivoimalla ja jäähdytyksessä syntyvä hukkalämpö otetaan talteen ja syötetään Kajaanin kaupungin kaukolämpöverkkoon. Siellä sen osuus on 20 prosenttia.
– Hiilijalanjälkeä pienentää sekin, että hyödynsimme olemassa olevaa rakennuskantaa. Myös sijainti Suomessa ja Kajaanissa on sekä ympäristön että tehokkuuden kannalta hyvä, koska paljon energiaa kuluttavan jäähdytyksen tarve on huomattavasti pienempi kuin esimerkiksi Keski-Euroopassa. Kajaanissa vuoden keskilämpötila on vain alle kolme astetta, CSC:n Jukka-Pekka Partanen sanoo.
LUMI lyhyesti
- Hewlett Packard Enterprisen (HPE) toimittama HPE Cray EX -laitebrandin supertietokone.
- Koko noin 150 neliötä ja paino 150 000 kiloa.
- Rakennettu sähköteho 10 megawattia.
- Laskentateho yli 550 petaflopsia eli liukulaskutoimitusta sekunnissa, joka vastaa yli 1,5 miljoonan yleiskäyttöisen läppärin laskentatehoa.
- Investoinnin kokonaisarvo 202 miljoonaa euroa.
- Huippuluokan laskentatehoa tarvitaan huippututkimuksen tekoon monilla tieteenaloilla kuten lääketiede, ilmastotiede ja tekoäly.
- Suomalaisten tutkijoiden ja yhteiskunnan käyttöön saadaan suoraan noin 24 % supertietokoneen laskentakapasiteetista. Lisäksi yritysten käyttöön on varattu viidennes laskenta-ajasta.
- CSC – Tieteen tietotekniikan keskus Oy on valtion ja korkeakoulujen omistama, opetus- ja kulttuuriministeriön hallinnoima voittoa tavoittelematon osakeyhtiö.
Teksti: Ismo Myllylä | Kuvat: Esa Kyyrö
