Höchstleistungsrechenzentrum Stuttgart, atau HLRS, telah menghabiskan waktu puluhan tahun membangun kekuatan komputasi yang membuat perangkat keras normal terlihat seperti mainan. Sejak lama, mandatnya sudah jelas. Ini adalah benteng ilmu pengetahuan. Universitas dan lembaga penelitian memegang kuncinya. Mereka perlu mensimulasikan model iklim, menganalisis struktur protein, atau memecahkan kode yang membutuhkan waktu satu abad untuk memecahkan cluster laptop. Dunia bisnis hanya menonton dari pinggir lapangan, sebagian besar puas dengan menjaga spreadsheet mereka tetap berjalan.
Dinamika itu sedang berubah. Cepat.
Perusahaan-perusahaan mulai menyadari kenyataan pahit. Masalah yang mereka hadapi sekarang terlalu rumit untuk server standar. Volume data meledak. Margin kesalahan di bidang manufaktur, keuangan, dan logistik menyusut hingga nol. HLRS bukan lagi sekedar klub universitas. Ini menjadi utilitas penting bagi perekonomian.
Permintaan Baru Akan Tenaga Mentah
Mengapa perusahaan tiba-tiba mengetuk pintu pusat superkomputer Stuttgart? Ini bukan lagi tentang metrik kesombongan. Ini tentang kelangsungan hidup.
Infrastruktur TI tradisional menemui hambatan ketika Anda mencoba membuat model kekacauan di dunia nyata. Anda dapat mensimulasikan kecelakaan mobil di server biasa. Anda tidak dapat mensimulasikan hambatan aerodinamis seluruh armada kendaraan otonom saat menghadapi badai. Anda tidak dapat mengoptimalkan rantai pasokan global yang terganggu oleh serangan pelabuhan di tiga benua secara real-time.
“Unternehmen werden künftig wohl häufiger auf so large Rechenkapazitäten angewiesen sein.”
Terjemahan: Perusahaan akan semakin bergantung pada kapasitas komputasi yang sangat besar di masa depan.
Ini bukan tren. Ini adalah perubahan struktural. Kesenjangan antara apa yang perlu diketahui oleh bisnis dan apa yang dapat mereka hitung dengan teknologi siap pakai semakin melebar setiap tahun. HLRS menjembatani kesenjangan tersebut. Sistem mereka tidak hanya menghitung angka dengan lebih cepat. Mereka mengolahnya sedemikian rupa sehingga memperlihatkan pola yang tidak terlihat oleh mesin yang lebih kecil.
Dari Bangku Lab Ke Ruang Rapat
Peralihan dari akademisi murni ke aplikasi komersial memang berantakan. Seharusnya tidak demikian, tetapi memang demikian adanya. Para peneliti berbicara dalam istilah petabyte dan exaflops. CEO berbicara tentang ROI dan pangsa pasar. Bahasanya tidak cocok.
Tapi perangkat kerasnya tidak peduli dengan bahasanya. Itu peduli dengan throughput.
Ketika sebuah perusahaan manufaktur ingin menguji desain mesin baru, mereka tidak perlu lagi membuat dua belas prototipe fisik. Mereka membutuhkan superkomputer yang dapat menjalankan ribuan simulasi secara bersamaan. Sistem HLRS di Stuttgart dapat menangani beban tersebut. Mereka dapat memproses data, menemukan titik kegagalan, dan mengirimkan kembali hasilnya sebelum kopi di ruang istirahat menjadi dingin.
Bagi dunia bisnis, ini berarti kecepatan. Kecepatan nyata. Bukan kecepatan “unduh dalam 4 detik” dari Wi-Fi yang lebih cepat, namun kecepatan “selesaikan masalah dalam satu jam yang biasanya memakan waktu satu bulan”. Di situlah uangnya.
Hambatannya Bukan pada Komputer
Anda mungkin mengira satu-satunya kendala di sini adalah akses. Bagaimana Anda membuat janji temu di superkomputer? Tidak sesederhana itu. Arsitekturnya asing bagi sebagian besar departemen TI. Menulis kode untuk sistem seperti HLRS memerlukan pengetahuan khusus. Anda tidak bisa begitu saja menggunakan perangkat lunak lama dan mengharapkannya berfungsi.
Hal ini menciptakan pasar baru. Perusahaan konsultan, vendor perangkat lunak khusus, dan penyedia cloud hybrid turut serta membantu perusahaan menerjemahkan bisnis mereka
Berkendara melewati hujan lebat, tempat pencucian mobil, atau genangan air yang dalam tidak akan membuat kabin Anda kebanjiran. Rasanya alami. Rasanya sederhana. Namun menjaga interior tetap kering bukanlah sebuah keberuntungan. Ini adalah hasil upaya rekayasa besar-besaran.
Segel pada pintu dan jendela memerlukan desain yang presisi. Penutup bagian bawah bodi mobil dan ruang mesin harus dibentuk dan dibaut agar tidak berubah bentuk atau kendor karena tekanan. Lalu ada AC. Itu membutuhkan asupan udara. Bukaan tersebut harus dirancang untuk menolak air sepenuhnya.
Porsche menyebut seluruh rangkaian persyaratan rumit ini sebagai “pengelolaan air kendaraan**.
Bagaimana simulasi menggantikan pengujian di dunia nyata
Selama beberapa dekade, proses ini bergantung pada realitas fisik. Anda membuat mobil. Anda menyemprotkannya. Anda melihat apakah itu bocor.
Monika Wierse, yang memimpin Metode & Rekayasa Sistem Berbasis Model di Porsche, mengatakan hal itu baru saja berubah. Pergeseran ini berasal dari simulasi yang sesuai. Kini, para insinyur dapat memecahkan masalah pengelolaan air menggunakan model digital. Tidak ada tetesan air hujan yang benar-benar jatuh.
“Pengelolaan air sudah lama sangat bergantung pada pengujian nyata,” kata Wierse. “Hal ini hanya berubah dalam beberapa tahun terakhir berkat simulasi yang sesuai.”
Model komputer adalah cerminan detail dari kendaraan sebenarnya. Para insinyur mengambil jalan pintas di dalam kabin. Mereka melewatkan kursi. Tapi eksteriornya? Itu harus tepat.
Dalam simulasi, mobil digital hampir basah kuyup. Ini menghadapi hujan lebat. Ia melewati air sedalam setengah meter. Ini mempercepat untuk melihat bagaimana tetesan meluncur di sepanjang bodywork ke arah belakang. Ini hanyalah sebagian dari pertanyaan terkait air yang ditangani oleh tim teknik.
Logika tangki celup
Simulasinya bahkan mencakup langkah-langkah produksi. Sebelum pengecatan, badan mobil melalui perendaman besar-besaran.
Kedengarannya berlawanan dengan intuisi. Dalam kehidupan nyata, Anda ingin hujan tidak turun. Dalam rendaman cat, Anda ingin lapisan pelindung tersebar di mana-mana. Setiap sudut. Setiap sudut.
Meskipun nantinya air hujan tidak akan masuk ke dalam kendaraan, situasi di bak rendam justru sebaliknya: Lapisan itu sendiri harus mencapai sudut terakhir bodi.
Mensimulasikan dinamika fluida ini sulit. Matematika itu berat. Perhitungannya sangat ketat.
Server Porsche sendiri tidak dapat menanganinya. Tidak secara ekonomi. Akan sia-sia jika menyimpan daya komputasi sebesar itu hanya untuk pengujian ini.
Kemana perginya data
Jadi kemana datanya pergi? Porsche yang berbasis di Stuttgart menggunakan sistem HLRS (High Performance Computing Center Stuttgart).
Ini bukanlah hubungan baru. Porsche telah menggunakan HLRS untuk simulasi sejak pertengahan 1990an. Mereka adalah bagian dari gelombang pertama perusahaan yang melakukan outsourcing pekerjaan berat ini.
Pengguna industri sekarang menyumbang sekitar sepuluh persen dari beban komputer HLRS. Trennya jelas. Pada tahun 2017, 25 perusahaan menjalankan simulasi di sana setiap tahunnya. Pada tahun 2021, jumlah tersebut melonjak menjadi 61.
Hujan terus turun di dunia digital. Mobil tetap kering. Para insinyur terus menghitung.
Biaya Baja vs. Silikon
Kesepakatan ini bukan hanya kemenangan bagi produsen mobil. High Performance Computing Center Stuttgart (HLRS) juga mendapatkan sesuatu. Itu membuat keahliannya tetap tajam. Ia mempelajari cara menerapkan kekuatan superkomputer pada permasalahan teknis di dunia nyata.
Industri otomotif adalah pengguna terbesar dari kekuatan ini. Pikirkan tentang pembuatan prototipe. Anda memerlukan mobil fisik untuk mengetahui apakah itu berfungsi. Namun membangun mobil itu lambat. Itu mahal. Anda hanya dapat membuat prototipe jika setiap komponen telah ditentukan. Jika Anda melewatkan detailnya? Anda memulai kembali. Itu menghabiskan uang dan waktu.
Monika Wierse dari Porsche menjelaskannya secara sederhana. Strateginya jelas: buatlah prototipe fisik sesedikit mungkin.
“Kami memiliki arahan strategis untuk mengembangkan prototipe fisik sesedikit mungkin.”
Ambil Taycan. Model serba listrik pertama. Sebelum satu lembaran baja dicap, lembaran baja tersebut telah berputar mengelilingi Nürburgring Nordschleife secara virtual. Berkali-kali. Hal ini memungkinkan para insinyur untuk memeriksa loop pendingin untuk baterai bertegangan tinggi dan motor listrik jauh sebelum kenyataan terjadi. Mereka dapat melihat apakah perusahaan tersebut dapat menangani tuntutan yang ekstrim. Simulasi menemukan solusi terbaik bahkan ketika persyaratan saling bertentangan.
Aerodinamika, Kebisingan, dan Tabrakan
Server perusahaan biasa menangani tugas-tugas sederhana. Namun beberapa pekerjaan memerlukan superkomputer. Mesin HLRS. Ini menangani pengelolaan air. Aerodinamika. Aeroakustik. Dan pengujian kecelakaan.
Aerodinamika penting untuk konsumsi bahan bakar. Ini menentukan penanganannya. Ini mendefinisikan kenyamanan. Aeroakustik? Itu adalah suara bising di dalam saat Anda menurunkan kaca jendela atau membuka sunroof. Tes tabrakan virtual jauh lebih murah daripada menghancurkan mobil sungguhan.
Presisinya telah mengubah permainan. Wierse mencatat bahwa pengujian virtual kini mencapai resolusi tingkat milimeter. Insinyur dapat melihat apakah jahitan yang direkatkan terkoyak. Mereka dapat memeriksa apakah ada tempat pengelasan.
Untuk melakukan ini, Anda memerlukan model virtual. Namun superkomputer tidak berfungsi seperti laptop Anda. PC memproses instruksi secara berurutan. Superkomputer bekerja secara paralel tingkat tinggi. Ini memecah masalah besar menjadi bagian-bagian kecil dan menyelesaikan semuanya sekaligus.
Pikirkan tentang perangkat kerasnya. Ponsel cerdas atau PC memiliki jumlah inti prosesor yang rendah, satu atau dua digit. Superkomputer HLRS memiliki ratusan ribu inti. Mereka dibuat untuk pemrosesan paralel.
Menghancurkan Binatang itu
Perbedaan perangkat keras ini mengubah cara para insinyur membuat model. Mobil virtual harus dipecah menjadi beberapa bagian yang masuk akal. Bagian ini harus bertukar data yang relevan secara fisik. Suhu. kekuatan. Deformasi. Sifat getaran.
Anda membagi model sehingga penghitungan berjalan secara efisien secara paralel.
Kulit terluarnya terdiri dari jutaan permukaan 2D. Mereka membungkus bentuk 3D mobil. Kita berbicara tentang angka yang jauh melebihi sepuluh juta wajah. Model ini juga menyerap data material. Kepadatan. Kekuatan tarik. Nilai yang ditentukan secara eksperimental. Seperti bagaimana komponen tertentu bergetar.
Ini adalah upaya besar-besaran. Namun hasilnya adalah mobil yang berfungsi sebelum ada. Mobil yang lebih murah untuk dikembangkan. Dan lebih aman. Pertanyaannya tetap: berapa banyak lagi yang bisa kita dorong sebelum fisika itu sendiri menjadi penghambatnya?
Biaya tersembunyi dari air virtual
Membuat superkomputer dapat memberikan jawaban lebih cepat dibandingkan perangkat konvensional bukan hanya berarti memberikan lebih banyak tenaga untuk menyelesaikan masalah. Hal ini memerlukan algoritma komputasi paralel yang disesuaikan secara sempurna dengan perangkat keras. Jika kode ini tidak disesuaikan dengan paradigma, infrastruktur paralel yang besar hanya akan diam saja.
Setelah pekerjaan persiapan selesai, meluncurkan simulasi sebenarnya menjadi membosankan. Tidak ada insinyur Porsche yang perlu terbang ke HLRS di Stuttgart. Sebuah klik dari mesin pengembang mana pun akan memulai pekerjaan. Hasil kembali secara otomatis.
“Kami tidak pernah menyebutnya demikian, namun dalam istilah TI, ini adalah Cloud Computing,” jelas Wierse. “Transfer langsung, aman, dan otomatis.”
Lima detik hujan, dua hari krisis
Perhitungan di balik simulasi pengelolaan air Porsche mengungkapkan besarnya skala komputasi kinerja tinggi. Untuk mensimulasikan hujan lebat di seluruh kendaraan, sistem menggunakan 256 inti CPU. Hujan hanya berlangsung lima detik di dunia maya. Waktu komputasi real-time? 53 jam.
Mengemudi melalui genangan air sedalam 15 sentimeter dengan kecepatan 30 km/jam membutuhkan waktu dua detik virtual. Itu membutuhkan 512 core yang bekerja selama 105 jam berturut-turut.
Angka-angka ini menakutkan. Kebanyakan perusahaan ragu-ragu.
CEO HLRS Bastian Koller mengetahui keraguan tersebut. Pengguna pertama kali khawatir tentang biaya. Mereka khawatir tentang keamanan data. Mereka khawatir tentang kualitas dukungan.
Solusinya bukanlah promosi penjualan. Ini adalah percakapan rekayasa.
Tanpa batas minimum, tanpa kontrak
Tujuan dari konsultasi awal bukanlah menandatangani kontrak. Ini mencakup masalah yang ada. Para insinyur perlu melihat apakah algoritma simulasi yang ada dapat diparalelkan untuk superkomputer.
Tidak ada kuota penggunaan minimum. Anda tidak membayar untuk kapasitas yang dipesan.
“Hanya yang benar-benar terpakai yang akan ditagih,” kata Koller.
Model ini menurunkan hambatan masuk. Perusahaan dapat menguji kondisinya tanpa melakukan perombakan infrastruktur secara besar-besaran. Risiko beralih dari overhead tetap ke biaya komputasi variabel.
Apakah itu layak? Untuk dinamika fluida yang kompleks, ya. Untuk yang lainnya? Mungkin tidak. Peningkatan efisiensi tidak berskala linear. Mereka membutuhkan masalah-masalah yang spesifik dan berat.
Mendobrak Hambatan bagi UKM dalam Komputasi Berkinerja Tinggi
Menurunkan biaya masuk untuk komputasi kinerja tinggi (HPC) tidak hanya dilakukan oleh raksasa teknologi. Universitas Stuttgart, yang menampung HLRS, bekerja sama dengan Institut Teknologi Karlsruhe (KIT) pada tahun 2010 untuk meluncurkan SICOS BW. Entitas ini secara aktif mengurangi hambatan awal bagi usaha kecil dan menengah (UKM). Mereka tidak hanya berbicara di acara-acara industri; mereka memberikan nasihat bisnis yang konkrit mengenai program pendanaan dan menghubungkan perusahaan dengan mitra yang diperlukan.
Misalnya proyek “FF4EuroHPC” yang didanai Uni Eropa, yang selesai pada musim panas 2023. HLRS mengoordinasikan upaya tiga tahun yang melibatkan beberapa pusat superkomputer Eropa.
“Dalam kerangka ini, UKM dapat mengajukan permohonan pendanaan untuk eksperimen bisnis selama satu tahun… yang pada dasarnya merupakan uji rasa terhadap topik tersebut.”
Pendekatan ini memungkinkan perusahaan untuk terjun tanpa risiko besar di muka. Selain berperan sebagai penasihat, HLRS menjalankan Akademi Superkomputer untuk pengembangan profesional paruh waktu. Mereka juga mengoperasikan Pusat Solusi khusus untuk industri tertentu: otomotif, industri kreatif, dan sekarang teknologi medis.
Menghubungkan Pelaku Industri
Pusat-pusat ini mempertemukan pengguna, peneliti, dan penyedia perangkat lunak. Logikanya sederhana. Semua perusahaan di sektor tertentu menghadapi tantangan komputasi yang serupa.
Pusat Solusi Otomotif telah berjalan sejak tahun 2010. Pusat ini berfokus pada lima bidang utama:
– Penggerak kendaraan
– Struktur kendaraan
– Fisika kendaraan
– Otomatisasi dan konektivitas
– Numerik dan digitalisasi
Jaringannya ketat. Hampir 50 anggota tergabung dalam pusat ini, termasuk kelas berat seperti Audi, BMW, dan Porsche. Kedekatan ini telah memicu kolaborasi pra-kompetitif dalam proyek-proyek bersama.
Kasus Penggunaan di Dunia Nyata
Daftar industri yang menggunakan sistem HLRS berkembang pesat. Pertimbangkan spesialis teknologi dirgantara dan penggerak yang memproduksi ventilator untuk pengendalian iklim. Kekuatan komputasi internal mereka menemui hambatan. Simulasi memerlukan resolusi spasial yang tinggi sehingga hanya mengidentifikasi fluktuasi tekanan dan turbulensi yang dapat memprediksi tingkat kebisingan yang dapat dideteksi oleh telinga manusia. Sumber daya HLRS memecahkan masalah ini.
Sebuah perusahaan teknik yang berspesialisasi dalam keselamatan kebakaran juga memanfaatkan kekuatan komputasi Stuttgart. Mendesain struktur khusus seperti pusat perbelanjaan sering kali berbenturan dengan peraturan bangunan. Untuk menghindari peraturan yang kaku, mereka menggunakan penilaian keselamatan alternatif melalui simulasi kebakaran. Hal ini memerlukan penghitungan setiap detik peristiwa kebakaran dalam interval waktu yang sangat kecil. Apa yang memakan waktu berminggu-minggu bagi sistem internal mereka membutuhkan waktu lebih sedikit di jaringan HLRS.
Produsen elevator TK Elevator menggunakan infrastruktur yang sama untuk konsep elevator baru. Mereka menyimulasikan fungsi-fungsi utama untuk menganalisis kebisingan dan getaran berkendara. Tim HLRS bahkan mengaktifkan visualisasi realitas virtual dari proses desain elevator.
Melampaui Simulasi Tradisional
Managing Director HLRS Koller memperkirakan akan lebih banyak perusahaan yang akan bergantung pada superkomputer dalam waktu dekat. Definisi komputasi kinerja tinggi sedang mengalami pergeseran.
“Untuk waktu yang lama, HPC disamakan dengan simulasi. Namun hal ini berubah.”
Saat ini, analisis Big Data dan algoritme AI mendorong tuntutan komputasi yang tinggi. Superkomputer juga penting di sini. HLRS telah meningkatkan sistemnya untuk menangani beban kerja spesifik ini. Pergeseran teknis ini mendukung perusahaan yang saat ini mengeksplorasi ilmu data dan kecerdasan buatan.
Artikel ini merupakan bagian dari publikasi khusus yang bekerja sama dengan High Performance Computing Center Stuttgart (HLRS). Di sini Anda dapat mengunduh edisi lengkap tambahan Wissenschaft.
