Hoe een supercomputer uw aanbod verbetert

In de Verenigde Staten en Zuid-Korea is het de gewoonste zaak van de wereld dat een ­fabrikant een beroep doet op supercomputercapaciteit om zijn nieuwe product een stuk beter te maken. In Nederland kennen we die traditie nauwelijks. Dat is jammer want het gebruik van een supercomputer is bij SURFsara zeer laagdrempelig.

Autoproducenten doen standaard een beroep op supercomputers om hun carrosserieën optimaal door te rekenen en vorm te geven. Ook de vorm van een eenvoudig zoutje als Pringles is door een supercomputer berekend zodat de chipjes niet breken terwijl ze in de fabriek met hoge snelheid in de bekende ronde bussen worden gestopt. In ons land zijn voorbeelden moeilijker te vinden. “Nederland heeft geen significante auto-industrie meer en ook kent ons land geen echte cultuur waarbij bedrijven direct te rade gaan bij de wetenschap voor de ontwikkeling van een nieuw product”, zegt Frank Heere van SURFsara. “Een aantal grote bedrijven vinden de weg wel naar high perfomance computing (HPC) voor het optimaliseren van hun productie­processen, denk aan ASML, Tata Steel, Deltares en bedrijfssectoren in watermanagement, chemie, energie en landbouw. Toch is dat niet genoeg, we kunnen nog zoveel meer bedrijven helpen innoveren.” Daar komt nog bij, dat veel bedrijven niet eens weten dat de mogelijkheid bestaat om een supercomputer te gebruiken bij productontwikkeling. “We zijn nog slecht vindbaar, zodat bedrijven niet snel bij SURFsara ­terecht komen.”

 

Achterstand voor Europa

Nederland is geen uitzondering. Voor heel Europa geldt dat het achterloopt op de VS en Azië waar het gaat om het toepassen van rekenkracht bij de productontwikkeling. Heere: “Nederland loopt dan wel weer voorop, vergeleken met de andere Europese landen. We staan in de top, samen met landen als het Verenigd ­Koninkrijk en Duitsland.” Dat zijn wel de landen waar nog een actieve auto-industrie bestaat. Ook Frankrijk is behoorlijk actief op dit gebied. De luchtvaart- en automobielsector in het land bouwen virtuele prototypes van nieuwe producten. Die keuze bespaart ze miljoenen euro’s, blijkt uit het boek Industrial Applications of High-Performance Computing.

Grote bedrijven, denk aan oliemaatschappij Shell, hebben vaak hun eigen high performance computers in huis. Andere grote bedrijven kopen extern capaciteit in, zoals Tata Steel. Hetzelfde is te zien bij het mkb. De keuze om zelf capaciteit in huis te hebben of extern in te kopen is sterk afhankelijk van het type rekenkracht dat nodig is. Ook spelen andere factoren mee zoals het hebben van een snelle internetverbinding. De volgende drie stappen zijn een goed begin voor wie ook het gebruik van een supercomputer overweegt.

 

Stap 1. De weg vinden

Nederlandse bedrijven die een supercomputer zouden kunnen gebruiken bij hun activiteiten kunnen contact opnemen bij SURFsara en een korte beschrijving geven van de problemen waar ze tegenaan lopen. “Onze experts gaan dan samen met het bedrijf bekijken waar de bottlenecks zitten en of die met behulp van een supercomputer kunnen worden opgelost. Het kan ook zijn dat een supercomputer helemaal niet nodig is, maar daar komen we dan tijdens de procedure wel achter”, zegt Heere.

Nadat een bedrijf een verzoek heeft ingediend bij SURFsara, wordt een intake-gesprek georganiseerd. Heere: “Omdat we subsidie krijgen van het Ministerie van Economische Zaken zijn aan dat gesprek geen kosten ­verbonden. We gaan met het bedrijf rond de tafel zitten en analyseren dan het probleem. Daar zit een adviseur bij, die beschikt over voldoende materiekennis. Mocht het nodig zijn om de voorgestelde berekening uit te testen, dan kan een pilot worden opgezet. Ook daaraan zijn geen kosten verbonden.”

Voorwaarde is wel, dat de pilot in korte tijd wordt afgerond, het mag geen maanden duren. Bovendien moet het bedrijf er sterk bij betrokken worden. Heere: “We willen beslist de focus van het bedrijf hebben, anders versloft de zaak en blijft het pilotproject op de plank liggen.”

 

Stap 2. De R&D-opdracht

Na een succesvol doorlopen pilot kan worden besloten om er een R&D-opdracht van te maken. Nu wordt er echt gewerkt en wordt de computer ook volop ingezet. “Zo’n R&D-opdracht is niet meer gratis. Er komt een heleboel werk bij kijken, zoals het omzetten van modellen van de fabrikant naar onze infrastructuur en het waar mogelijk optimaliseren van de rekenschema’s. Onze expertise ligt trouwens op het gebied van Linux, dus een eventueel rekenschema moet wel in die omgeving kunnen draaien. Mocht een bedrijf iets hebben dat alleen onder Windows draait, dan zal een conversie nodig zijn”, aldus Heere.

De kosten van de tweede stap zijn sterk afhankelijk van het werk dat verzet moet worden. Heere: “Het is altijd weer maatwerk, van te voren kun je niet zeggen wat je allemaal tegenkomt en hoeveel het daardoor gaat kosten. Ook de te kiezen infrastructuur is van invloed op het kostenplaatje. Meestal gaan de kosten tijdens een R&D-project zitten in de ondersteuning van de experts die in een zo kort mogelijke tijd zoveel mogelijk kennis aan een bedrijf willen overdragen zodat dat er zelf mee aan de slag kan.”

Niet elk rekenprobleem kan even makkelijk in een vorm worden gebracht die geschikt is om op een supercomputer te verwerken. De schaalbaarheid is van groot belang. “Stel, je hebt een bepaalde rekentijd wanneer je het probleem laat uitvoeren op 8 computernodes. Je kunt dan denken dat die tijd min of meer gehalveerd wordt als je 16 nodes gebruikt. Wanneer dan blijkt dat de snelheidswinst maar 10 procent is, heb je te maken met of een slecht schaalbaar rekenmodel of software die niet is geoptimaliseerd voor de inzet van multi-nodes en multi-cores. Samen met de expert zal bekeken worden welke vervolgstappen genomen zouden kunnen worden”, aldus Heere.

 

Stap 3. De uitwerking

Als de onderzoeksopdracht is afgerond, is het mogelijk om de opgedane technieken, kennis en ervaring om te zetten naar een technologie die in de praktijk van alledag bruikbaar is. Heere: “Gebruik van HPC kan een vaste plaats krijgen in het bedrijf. Een bedrijf kan ervoor kiezen om extern capaciteit in te huren of zelf een clustercomputer aan te schaffen. SURF­sara kan de overgang naar een externe of interne oplossing begeleiden zodat de overgang soepel verloopt. Ook deze fase is niet ­gratis en is wederom maatwerk. Mocht een bedrijf extern capaciteit ­willen ­inkopen, dan is het verstandig als deze externe leverancier al zo vroeg mogelijk bij het R&D-traject betrokken wordt.”

Wat die kosten betreft valt op dat bedrijven in het buitenland soms veel goedkoper uit kunnen zijn dan in Nederland. Dit komt aan de ene kant doordat in landen als Engeland en de Verenigde Staten HPC gemeengoed is bij bedrijven. Aan de andere kant is er in Nederland een tekort aan subsidiegelden en kunnen deze subsidiegelden ook niet vrijelijk ­gebruikt worden. Er heerst ook een gedachte dat de staat geen bedrijven mag bevoordelen door het geven van geld. Dat zou de concurrentie­verhoudingen op scherp zetten. In de Verenigde Staten leven dergelijke bezwaren een stuk minder. Heere: “Eventuele bemoeienis van de Nederlandse overheid mag niet marktverstorend werken, dat is de gouden regel.”

 

Succesverhalen

Er zijn al bedrijven die met succes de hulp van SURFsara hebben in­geroepen voor het stroomlijnen van het productieproces of het ontwerp van een nieuw product, zoals een producent van scheepsschroeven. Via een geavanceerd rekenmodel bekeek het Maritime Research Institute Netherlands (Marin) de effecten van de kromming van de schroefbladen op de waterstroom. Op die manier werd het mogelijk om een schroef te ontwerpen die zo efficiënt mogelijk werkt.

Een apart onderwerp is Big Data, het analyseren van grote tot zeer grote hoeveelheden gegevens zoals bij tekstanalyse, onder meer door het Meertens Instituut. Heere: “Daarbij wordt de inhoud van bijvoorbeeld Twitter-berichten geanalyseerd en beoordeeld op taalgebruik en taalontwikkelingen en de geografische spreiding van interesse voor specifieke producten. Denk daarbij bijvoorbeeld aan hoe een bedrijf in iedere regio kan inspelen op actuele ontwikkelingen.”

Ook andere typen grote hoeveelheden gegevens lenen zich voor analyse op een Big Data-infrastructuur of een supercomputer. “Het analyseren op zich is niet zo moeilijk, de uitdaging is om dat snel uit te voeren. Denk aan de extreem grote en ongestructureerde datasets die voortkomen uit apparatuur zoals DNA-sequencers”, zegt Heere.

 

Maximaal 10 procent

De computercapaciteit die SURFsara onder zijn hoede heeft wordt voor slechts een paar procent ingezet om het bedrijfsleven te helpen, tot een maximum van 10 procent. “Dat is niet zo vreemd,” zegt Heere, “want onze primaire focus ligt op het academische onderzoek. Daar gaat dus het merendeel van onze rekencapaciteit heen. En we doen natuurlijk niet alles voor het bedrijfsleven, we helpen bij de eerste stappen en zorgen ervoor dat ze gereed zijn om de markt op te gaan. Dat laatste wil ook zeggen dat ze met hun rekenwerk bij een commerciële partij of partijen terechtkomen.”

Rekenen aan Pringles

Pringles worden niet, zoals gewone chips, als schijfje uit een aardappel gesneden. In plaats daarvan wordt op basis van aardappelmeel een dik mengsel gemaakt, dat in een vorm wordt geperst tot de bekende Pringles-vorm. Het geheel wordt vervolgens in de olie gebakken,. Die vorm wordt ook wel aangeduid als zadelvlak, of in wiskundige termen als een parabolische hyperboloïde. Door zo te werken hebben alle zoutjes dezelfde vorm en kunnen ze mooi gestapeld worden in een cylindrische bus.

Als de zoutjes gebakken zijn, worden in hoog tempo door de fabriek vervoerd en vroeger trad daar nogal vaak breuk op, doordat de chips als het ware gingen vliegen en zo van de transportband afvielen. Die gebroken chips zorgden voor te veel verlies, vandaar dat de techniek te hulp werd geroepen. Met behulp van een supercomputer werd de geometrie van de Pringles zo geoptimaliseerd dat ze aerodynamisch neutraal werden en niet meer spontaan opvlogen. Breken tijdens het inpakken werd daardoor vrijwel uitgesloten

Tag

Onderwerp



Niet gevonden? Vraag het de redactie!

Heeft u het antwoord op uw vraag niet gevonden, of bent u op zoek naar specifieke informatie? Laat het ons weten! Dan zorgen we ervoor dat deze content zo snel mogelijk wordt toegevoegd, of persoonlijk aan u wordt geleverd!

Stel uw vraag