Simulaties, modellen, werken met big data: het vraagt allemaal om enorme rekenkracht. High Performance Computing dus, of HPC. Tot nu toe konden Delftse onderzoekers daarvoor terecht op Cartesius en zijn opvolger Snellius, de nationale supercomputer die gerund wordt door SURF. Vanaf 2022 heeft TU Delft daarnaast haar eigen supercomputer: DelftBlue. Met de komst van DelftBlue gaat een langgekoesterde wens in vervulling.

DelftBlue: de naam werd gekozen uit 120 inzendingen op een prijsvraag, vertelt professor Kees Vuik, wetenschappelijk directeur van het Delft High Performance Computing Centre (DHPC). “Prometheus werd veel ingezonden, maar ook DelftBlue en varianten daarop. Wij vonden dit de beste naam. Delfts Blauw is internationaal al een begrip.”

De naam is slechts de kers op de taart van een project dat een lange geschiedenis kent. In de tweede helft van de vorige eeuw waren centrale rekencentra gemeengoed op universiteiten, maar met de komst van pc’s en laptops had iedereen als het ware zijn eigen rekencentrum op het bureau. Daarnaast konden universiteiten sinds 1984 gebruik maken van de supercomputers van de Stichting Academisch Rekencentrum Amsterdam (SARA), tegenwoordig onderdeel van SURF. “Dat ging lang goed, maar uiteindelijk begon het toch te kriebelen bij de wetenschappers. Ze misten lokaal iets, dat alleen in Amsterdam beschikbaar was”, zegt Vuik. Wat volgde waren verschillende pogingen om tot centrale rekenkracht bij TU Delft te komen. “In het begin ging dat van ICT uit, maar later werden onderzoekers eigenwijs. Wij wisten beter wat er goed voor ons was. In 2005 kwam er toen een mooie supercomputer bij TNW, maar we konden als WP de benodigde support niet bieden”, vertelt Vuik.

Ook Frans Broos, ICT-manager bij de faculteiten EWI en TBM, kan zich zulke initiatieven herinneren. “In 2007 hebben we bij TBM een computercluster gekocht met de ambitie dat voor de hele TU in te zetten, maar die behoefte om samen te werken zat alleen aan onze kant, dus daar strandde het.” Als ICT-er had hij daar wel degelijk last van. “Als er meerdere groepen hetzelfde willen en doen, maar niet willen samenwerken, dan doe je onvermijdelijk dingen dubbel. We hebben toen rond 2012 nog een poging gedaan om een high-performance computing groep op te tuigen, maar als je dat als ICT probeert te trekken, krijg je de handen niet op elkaar”, vertelt hij.

In 2017 was Vuik een van de initiatiefnemers van het TU Delft Institute for Computational Science and Engineering (DCSE). “We hebben toen een inventarisatie gemaakt wat we voor onderzoekers konden betekenen. In de tussentijd bleken veel groepen samen met ICT al eigen oplossingen te hebben gezocht. Er waren tien of twaalf kleinere clusters, maar iedereen gaf wel aan dat het zonde was om allemaal opnieuw het wiel uit te vinden”, vertelt hij. “Het is ook niet efficiënt. De ene week is je cluster vol en heb je te weinig ruimte, als dan de volgende week je deadline voorbij is, staat je cluster stil. Toen heb ik Frans op de koffie gevraagd.”

Presenteerblaadje

Broos weet het nog goed: “Kees kwam met één a4-tje waarop stond wat hij dacht dat er moest gebeuren. Dat wilde hij graag met ICT doen. Ik kreeg het als het ware op een presenteerblaadje.” Terugkijkend lag de oplossing voor de hand: als initiatieven van het ICT geen mandaat krijgen en het WP zelf geen ondersteuning kan bieden, lukt het alleen maar in samenwerking. “De succesfactor van DelftBlue is dat de visie bij het WP vandaan komt, terwijl ICT kon aangeven hoe je die het beste kunt vormgeven. Daarbij moet je wel reëel blijven; niet alle ambities zijn uitvoerbaar. Als Kees van mij en mijn collega’s hoort wat er wel en niet gaat werken, kan hij dat heel goed naar zijn vakbroeders vertalen. Onderzoekers moeten onderzoeken, het zijn tenslotte geen systeembeheerders.”

Leverancier

Dat was in 2017. Er volgde een proces van vier jaar om tot de aanschaf te komen. “We hebben de markt gevraagd om ons te adviseren op basis van de grote lijnen die we zelf geschetst hadden. Uit gesprekken met leveranciers bleek dat sommige zaken anders moesten of niet realiseerbaar waren. Zo hebben we onze aanvraag vervolmaakt”, vertelt Broos. “Vervolgens zijn we op zoek gegaan naar een partner. Want we zijn heel slim in Delft, maar de kennis die we hiervoor nodig hadden, zit bij de grote leveranciers. De vorm van aanbesteding – best value procurement – was nieuw voor ons, maar ook leveranciers vonden het moeilijk om te verwoorden waarom zij de beste oplossing hebben.”

De keuze viel op Fujitsu. “Zij zijn nu onze partner voor de komende vijf tot tien jaar. Het gaat hierbij nadrukkelijke om samenwerking, waarbij wij profiteren van de kennis, de ontwikkelkracht en marktvolume van een leverancier als Fujitsu. Maar de intentie is ook dat onderzoekers vanuit TU Delft feedback en aanbevelingen geven over de toepassing van HPC in onderzoek en onderwijs.”

 

‘Vroeger moest ik er een beetje omheen praten als iemand vroeg waar de computer stond’

Maar hoe gaan ze er nu voor zorgen dat DelftBlue wel een TU-breed succes wordt? “De aanschaf is door het CvB gefinancierd, maar wel met de opdracht om straks financieel op eigen benen te kunnen staan”, zegt Vuik. Hij ziet er geen probleem in: “We gaan de komende maanden laten zien dat we onderzoekers en studenten hiermee blij kunnen maken, dan komt het geld vanzelf wel.” Zo ziet Broos het ook: “Zo’n machine is een gereedschapskist die onderzoekers nodig hebben, net als labs en windtunnels. Wel een dure, maar nu maakt elke faculteit jaarlijks een begroting voor hun eigen computerfaciliteiten. Als een decaan of finance-manager zo’n post ziet, kunnen ze zich afvragen of dat wel nodig is. Ze kunnen beter met het DHPC in gesprek”, zegt hij.

Maatwerk

Daar krijgen ze dan ook wat voor terug. “Voor rekenkracht kun je bij SURF terecht, of in de cloud. Maar behalve rekenkracht is er ook behoefte aan geheugen voor de data. Om redenen van geheimhouding of privacy kun je niet alles maar de cloud insturen. Via het internet heel veel data naar SURF in Amsterdam sturen kan zomaar meer tijd kosten dan de berekening zelf. In sommige gevallen wordt die dan op harddisks gebracht. Juist dat geheugenaspect is dus heel belangrijk”, vertelt Vuik.

Dan is er het tijdsaspect. “Je schaft computertijd aan in Amsterdam, maar als je project dan vertraging heeft, bijvoorbeeld door corona, is je budget weg en moet je een nieuwe aanvraag doen”, vertelt Broos. “Nu kan een onderzoeker die vandaag een idee heeft, morgen gaan rekenen. Voor de dynamiek van de TU is het belangrijk dat we kunnen meebewegen en maatwerk leveren. Dat gaat het beste in je eigen faciliteit.”

Over gebrek aan belangstelling hoeft het DHPC voorlopig niet te klagen. “We zijn bijvoorbeeld langs geweest bij Peter Palenski van de controlekamer van de toekomst in het ESP-lab. Daar willen ze morgen al met ons aan tafel om te kijken hoe we DelftBlue kunnen gebruiken om hun simulaties nog realistischer maken. HPC is geland in Delft”, zegt Vuik. Naast werken met High Performance Computing zal DelftBlue ook gebruikt worden om te werken aan High Performance Computing. “Denk bijvoorbeeld aan rekenen in het geheugen, of het versnellen van algoritmes.”

Onderwijs

Net zo belangrijk vinden Vuik en Broos wat ze studenten hiermee kunnen bieden. “Ik heb er jaren hoofdpijn van gehad. We leiden studenten op in Matlab en Python, dat is de basis. Maar vanuit de maatschappij neemt de vraag toe naar kennis van AI, machine learning, digital twins enz. en daar konden we ze niet de juiste ondersteuning bieden.” Momenteel trekken HPC-vakken ook nog niet zoveel studenten, maar daar wil Vuik verandering in brengen. “Met grote groepen studenten kun je niet bij SURFsara terecht, maar met onze eigen faciliteit kan dat wel. We reserveren bewust een bepaald deel van de computertijd voor onderwijs.”

DHPC is er nadrukkelijk niet alleen voor computational whizkids of programmeurs in spe, maar voor alle studenten. Broos: “We willen bijvoorbeeld ook studenten helpen die met big data werken. Hoe vaak ik geen vraag gekregen heb van afstudeerders van wie de laptop daarop vastliep. Dan moet je toch een manier vinden om resultaten te bereiken.”

 ‘We zijn heel tevreden vanuit de gebruikerskant. De wil om samen te werken komt van beide kanten.’

Samenwerking

DelftBlue is geen concurrent van SURF, benadrukt Vuik. “SURF heeft de grootste systemen, wij zijn vooral aanvullend bezig.” Broos: “We hebben SURF dus nog steeds nodig. Het voordeel is dat we nu wel op instituutsniveau kunnen meepraten over uitdagingen die er liggen.” Mogelijkheden voor samenwerking ziet Vuik ook, alleen niet meteen in het eerste jaar. “Misschien dat wij straks beter overweg kunnen met bijvoorbeeld satellietdata en Leiden met medische data. Dan kun je elkaar helpen.” Broos: “Voor sommige berekeningen kun je ook baat hebben bij andere processoren of een andere soort opslag dan waar wij voor gekozen hebben.” Maar eerst de eigen winkel op orde, is het devies. Daarna zijn er plannen genoeg. “We willen Delft Blue ook geschikt maken om er een quantumcomputer naast te zetten, want quantum-encryptie is al heel ver. Dat is dus een stip op de horizon voor ons.”

Menselijk kapitaal

Het is de uitstekende samenwerking tussen WP en ICT die DelftBlue mogelijk heeft gemaakt. “Aan de voorkant hebben we mensen als Kees die de vraag in kaart brengen en aan de achterkant een team van ICT’ers die zich puur mogen focussen op de technische mogelijkheden. Dat is uniek”, zegt Broos. Clustermanager Robbert Eggermont is hierbij de spin in het web. “Hij spreekt dezelfde taal als de wetenschappers en weet als geen ander wat de mogelijkheden en beperkingen van de apparatuur zijn.” Ook Vuik is fan: “Robbert Eggermont is een kei, die heeft ons vertrouwen. Maar ook bij het DHPC is er geïnvesteerd in mensen die de ICT-taal spreken. Dat menselijke kapitaal zijn we van twee kanten aan het opbouwen. We zijn heel tevreden vanuit de gebruikerskant. De wil om samen te werken komt van beide kanten.”

Vuik is ontzettend blij dat DelftBlue er nu is. “Vroeger moest ik er een beetje omheen praten als iemand vroeg waar de computer stond. We kunnen onderzoekers nu iets heel moois aanbieden en daarmee gaan we groot talent binnenhalen”, stelt hij. Broos is minstens zo enthousiast: “Ik ben er zo ongelooflijk blij mee dat we dit kunnen doen. Hoe fijn is het als je een mailtje krijgt van een onderzoeksgroep die in paniek is en jij kunt zeggen: dit gaan we morgen voor je oplossen.” En alles gaat de komende jaren alleen maar beter worden, voorspelt hij. “We hebben straks 800 à 1.000 mensen die regelmatig op die computer zitten, en vloten MSc-studenten die in een basisvak de vaardigheden meekrijgen. En naast gebruik doen we ook onderzoek naar de systemen zelf. Onze kennis gaat over de hele breedte omhoog.”

/* */