Analysis of high-performance computing opportunities for small and medium-sized enterprises

Full text

(1)Magistrsko delo Organizacija in management informacijskih sistemov. ANALIZA PRILOŽNOSTI ZELO-ZMOGLJIVEGA RAČUNALNIŠTVA ZA MALA IN SREDNJA PODJETJA. Mentorica: izr. prof. dr. Mirjana Kljajić Borštnar. Kranj, junij 2019. Kandidat: Blaž Gašperlin.

(2) ZAHVALA Zahvaljujem se mentorici izr. prof. dr. Mirjani Kljajić Borštnar za pomoč, nasvete in usmerjanje pri izdelavi tega magistrskega dela. Zahvaljujem se tudi lektorici Marjeti Vozlič, ki je lektorirala moje magistrsko delo. Nazadnje se zahvaljujem svoji družini za potrpežljivost v času pisanja magistrskega dela in podporo pri študiju..

(3) POVZETEK V magistrskem delu obravnavamo in raziskujemo področje zelo zmogljivega računalništva. Podrobneje predstavimo priložnosti uporabe le-tega za mala in srednje velika podjetja, pri čemer se osredotočimo na uporabo zelo zmogljivega računalništva v oblaku. Cilj magistrskega dela je izvedba analize priložnosti zelo-zmogljivega računalništva v oblaku za mala in srednja podjetja, kjer pridobimo pregled nad prednostmi, ki jih prinaša uporaba tovrstne tehnologije. V ta namen smo proučili tri projekte (Fortissimo (Fortissimo, 2019f), CloudFlow (CloudFlow, b. d.-i) in SesameNet (SesameNet, 2016f)), financirane s strani Evropske unije (EU), v okviru katerih so potekali zanimivi eksperimenti, z izbranimi malimi in srednje velikimi podjetji, kjer je bil cilj teh projektov ugotoviti, kakšne ponudbe oblikovati za tovrstna podjetja, da se bodo odločila za potencialno uporabo teh storitev. V začetnem delu je najprej predstavljeno klasično računalništvo v oblaku, s pripadajočimi modeli in storitvami, ki jih ta nudi, sledi zelo-zmogljivo računalništvo ter uporaba le-tega v oblaku, z modeli in storitvami, ki jih ta oblika računalništva ponuja. Nadalje je podano trenutno stanje na tem področju, kjer preverimo, kakšno je obstoječe stanje uporabe zelo-zmogljivega računalništva ter podamo kritično analizo. Jedro magistrskega dela (empirični del) predstavljajo rezultati in diskusija, kjer je najprej predstavljena infrastruktura, potrebna za to vrsto računalništva in nekatera glavna področja uporabe. Nadalje je izpostavljena pomembnost usposobljenosti ter prednosti uporabe zelo-zmogljivega računalništva v oblaku. Nazadnje je izvedena analiza študije primerov uporabe tega računalništva v oblaku, v malih in srednje velikih podjetjih, ki predstavlja glavni del magistrskega dela. Na koncu so predstavljeni zaključki, kjer podamo oceno izvedene analize in ugotovitve, do katerih smo prišli skozi izdelavo tega magistrskega dela ter podamo možnosti nadaljnjega dela in raziskav na tem področju.. KLJUČNE BESEDE: -. zelo-zmogljivo računalništvo računalništvo v oblaku zelo zmogljivo računalništvo v oblaku mala in srednje velika podjetja.

(4) ABSTRACT In this master's thesis, we discuss and explore the field of high-performance computing. We present in more detail the possibilities of using this kind of computing for small and medium-sized enterprises, with an emphasis on using high-performance computing in the cloud. The aim of this master's thesis is to conduct an analysis of the opportunities of high-performance computing in the cloud for small and medium-sized enterprises, where we gain an overview of the advantages of using such technology. In order to achieve this, we examined 3 projects (Fortissimo (Fortissimo, 2019f), CloudFlow (CloudFlow, b. d.-i) and SesameNet (SesameNet, 2016f)), funded by European Union (EU), in which interesting experiments took place, with selected small and medium-sized enterprises, where the aim of this projects was to determine, what kind of offers to design for such companies to be the most suitable in order to decide on the potential use of these services. In the initial part, it is first presented classical cloud computing, with the belonging models and services, followed by high-performance computing and use of this in the cloud, with the models and services offered by this form of computing. Then, the view of the current state is given, where we examine the existing state of use of high-performance computing and provide a critical analysis. The core of the master’s thesis (empirical part) presents the results and discussion, where firstly the infrastructure needed for this kind of computing is presented and some of the main fields, where it is used. Furthermore, the importance of competences and the advantages of using high-performance computing in the cloud is highlited. Finally, an analysis of the multiple cases of using high-performance computing in the cloud by small and medium-sized enterprises is made, which represent the main part of this master’s thesis. At the end are presented conclusions, where we present assessment of the performed analysis and findings, to which we came during work of this master’s thesis and propose possibilities for further work and research in this field.. KEYWORDS: -. high-performance computing cloud computing high performance cloud computing small and medium sized enterprises.

(5) KAZALO 1.. UVOD .....................................................................................1 1.1.. 2.. METODOLOGIJA DELA IN OMEJITVE ANALIZE ...................................3 TEORETIČNE OSNOVE ..................................................................5. 2.1.. RAČUNALNIŠTVO V OBLAKU .......................................................5. 2.1.1. RAČUNALNIŠTVO V OBLAKU (OPREDELITEV) ..................................5 2.1.2. MODELI RAČUNALNIŠTVA V OBLAKU ............................................5 2.1.3. STORITVE RAČUNALNIŠTVA V OBLAKU .........................................6 2.2.. VISOKO-ZMOGLJIVO RAČUNALNIŠTVO V OBLAKU (HPC).......................7. 2.2.1. VISOKO-ZMOGLJIVO RAČUNALNIŠTVO V OBLAKU (HPC) - (OPREDELITEV) 7 2.2.2. MODELI VISOKO-ZMOGLJIVEGA RAČUNALNIŠTVA V OBLAKU ................8 2.2.3. STORITVE VISOKO-ZMOGLJIVEGA RAČUNALNIŠTVA V OBLAKU ........... 10 3.. OBSTOJEČE STANJE .................................................................. 17 3.1.. ANALIZA TRENUTNEGA STANJA (ANALIZA TRGA) ............................ 17. 3.2.. KRITIČNA ANALIZA ................................................................ 22. 4.. REZULTATI IN DISKUSIJA ............................................................ 23 4.1.. POTREBNA INFRASTRUKTURA ................................................... 23. 4.2.. PODROČJA UPORABE HPC V OBLAKU........................................... 25. 4.3.. POMEMBNOST USPOSOBLJENOSTI .............................................. 27. 4.4.. PREDNOSTI UPORABE HPC V OBLAKU .......................................... 29. 4.5. ANALIZA ŠTUDIJE PRIMEROV MALIH IN SREDNJIH PODJETIJ V EVROPI ....... 32 4.5.1 LETALSKA INDUSTRIJA (PODROČJE AERONAVTIKE) ......................... 32 4.5.2 AVTOMOBILSKA IN MOTORNA INDUSTRIJA .................................... 36 4.5.3 GRADBENA INDUSTRIJA (PODROČJE CIVILNEGA INŽENIRSTVA) ............ 45 4.5.4 OKOLJE IN ENERGIJA............................................................. 51 4.5.5 ZDRAVJE (PODROČJE FARMACIJE IN KEMIJE) ................................ 61 4.5.6 PROIZVODNJA ..................................................................... 68 5.. ZAKLJUČKI............................................................................. 81 LITERATURA IN VIRI ........................................................................ 84 KAZALO SLIK ................................................................................ 92 KAZALO TABEL .............................................................................. 93.

(6) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. 1.. Magistrsko delo. UVOD. V zadnjih letih se je pojavilo veliko novih tehnologij, storitev in področij, o katerih je tudi vedno več govora in zanimanja, kot so npr. tehnologija veriženja blokov (angl. Blockchain), področje umetne inteligence in strojnega učenja, internet stvari (angl. IoT – Internet of Things), virtualna in razširjena resničnost (angl. virtual and augmented reality) in druge. Eno bolj aktualnih področij, na katerem se tudi bolj aktivno raziskuje in poroča v zadnjih letih, pa je področje masovnih podatkov oziroma t. i. »Big Data«. Pri uporabi omenjenih tehnologij in področij predstavljata pomemben element programska in strojna oprema. Slednja je še posebej pomembna in predstavlja osnovo za zagotovitev ustreznih sistemskih virov (dovolj velik pomnilnik, hiter procesor) in zagotavljanje dovolj velikih kapacitet (dostop več uporabnikov). Danes gre vse v smeri digitalizacije, pri čemer se tvorijo ogromne količine podatkov, za katere potrebujemo primerno hrambo. Kot smo omenili, pomembno vlogo pri tem predstavlja primerna strojna oprema, kar v tem primeru predstavljajo strežniki. Pri shranjevanju tako masovnih podatkov je vse bolj priljubljen način hrambe takih podatkov v »oblaku«, kjer virtualiziramo strežniške vire, s čimer razširimo potreben prostor za shranjevanje in zagotovimo zadostno kapaciteto. Poleg sposobnosti hrambe takega obsega podatkov pa je pomembna tudi zmožnost njihovega hitrega procesiranja. Pri tem klasični računalniki ne predstavljajo več dovolj zmogljive strojne opreme, zato je treba poseči po zmogljivejši, kar omogočajo zelo zmogljivi računalniki, znani pod sinoninom HPC (angl. High Performance Computing). Tako zmogljivi računalniki nam omogočajo izvedbo zelo kompleksnih izračunov, izvedbo simulacij in napovednih modelov. Ti igrajo pomembno vlogo v poslovnem svetu in na akademskem področju, kar zajema predvsem tehnološka in razvojna podjetja ter različne institucije, kot so raziskovalni inštituti in fakultete, kjer se v primeru podjetij, z uporabo take tehnologije zmanjša potreba po večjem številu prototipnih rešitev produktov, pospeši se testiranje in zmanjša čas do izdaje na trg (Oracle, b. d.), institucije pa na ta način pospešijo svoje raziskave. Med malimi in srednje velikimi podjetji je v Evropi en del takih, ki imajo potencial za uporabo storitev zelo-zmogljivega računalništva v oblaku (angl. HPC Cloud). To pomeni, da bi z uporabo teh lahko postali konkurenčnejši, se razvijali in rastli. Problem je v tem, kako tovrstnim podjetjem razložiti, kaj HPC je in kako oceniti ali so zreli za uporabo teh storitev. Poleg tega se nam pojavlja vprašanje, kako majhnim in srednje velikim podjetjem (v nadaljevanju MSP) omogočiti dostop do teh storitev. Kot rešitev se pri zagotavljanju storitev, ki jih nudi uporaba zelo zmogljivega računalnika pri delovnih procesih, kaže uporaba oblaka, ki zagotovi elastičen dostop do virov tako zmogljivega računalnika, kjerkoli (z uporabo spletnega grafičnega vmesnika) in kadar to MSP potrebuje, torej gre za kombinacijo obojega, tj. uporabo zelo zmogljivega računalnika v kombinaciji z oblakom. Kot vsaka novost (v tem primeru ponudba zelo zmogljivega računalnika v oblaku) tudi ta rešitev zahteva določena znanja, ki omogočajo uspešno integracijo te rešitve v MSP in seznanitev, kako celotno rešitev sploh uporabljati, da se v celoti izkoristijo dane prednosti, ki jih uporaba tako zmogljivega računalnika v kombinaciji z oblakom ponuja.. Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 1.

(7) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. Magistrsko delo. Za namen proučitve primernosti storitev HPC v oblaku in načinov, kako povezati vse deležnike poslovnega ekosistema (podjetje, končni uporabnik, ponudniki programske opreme, strojne opreme in telekomunikacij ...), je Evropska unija (EU) financirala več projektov, v okviru katerih so potekali zanimivi eksperimenti z izbranimi podjetji. V okviru magistrskega dela bomo obravnavali tri projekte (Fortissimo (Fortissimo, 2019f), CloudFlow (CloudFlow, b. d.-i) in SesameNet (SesameNet, 2016f)). Cilj teh projektov je bil ugotoviti, kakšne ponudbe oblikovati za MSP, da se bodo odločila za potencialno uporabo teh storitev. V magistrskem delu obravnavamo in raziskujemo področje zelo zmogljivega računalništva, kjer podrobneje predstavimo priložnosti uporabe le-tega za mala in srednje velika podjetja. Pri tem smo se osredotočili na zelo zmogljivo računalništvo z dostopom v oblaku (HPC v oblaku). Ker se v praksi in širši javnosti uporablja termin visoko zmogljivo računalništvo pogosteje, namesto termina zelo zmogljivo računalništvo, bomo vseskozi magistrsko delo uporabljali prvi termin. V začetnem delu (poglavje 2) najprej predstavimo teoretične osnove, kjer namenimo nekaj besed klasičnemu računalništvu v oblaku in predstavimo pripadajoče modele in storitve, nato predstavimo še visoko-zmogljivo računalništvo (angl. HPC- High Performance Computing) in kombinacijo tega računalništva z uporabo oblaka, tj. HPC v oblaku. Sledi analiza trenutnega stanja oziroma analiza trga, kjer preverimo, kakšno je obstoječe stanje uporabe visokozmogljivega računalništva ter podamo kritično analizo (poglavje 3). Jedro magistrskega dela (empirični del) predstavlja poglavje 4 (Rezultati in diskusija), v katerem najprej predstavimo infrastrukturo, potrebno za to vrsto računalništva in nekatera glavna področja uporabe. Nadalje izpostavimo pomembnost usposobljenosti in prednosti uporabe HPC v oblaku ter zaključimo z analizo študije primerov uporabe tega računalništva v oblaku v malih in srednje velikih podjetjih. Na koncu, v poglaju 5, predstavimo zaključke, kjer podamo oceno izvedene analize in ugotovitve, do katerih smo prišli skozi izdelavo tega magistrskega dela ter podamo možnosti nadaljnjega dela in raziskav na tem področju. Cilj magistrskega dela je izvedba analize priložnosti visoko zmogljivega računalništva (HPC) v oblaku za mala in srednja podjetja (MSP), kjer bomo pridobili pregled nad prednostmi, ki jih prinaša uporaba tovrstne tehnologije.. Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 2.

(8) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. Magistrsko delo. 1.1. METODOLOGIJA DELA IN OMEJITVE ANALIZE Osnovni raziskovalni pristop bo temeljil na študiji primera (angl. case study). V osnovi obstajata dva pristopa študije primerov kot strategije raziskovanja, in sicer pristop, ki temelji na študiji enega primera (angl. single case study) in pristop, ki temelji na študiji večih primerov (angl. multiple case study), ki ga bomo uporabili mi. Določitev, kaj točno je študija primera, je razmeroma težka, saj veliko avtorjev podaja svojo definicijo in posledično ni enotne definicije. (Gustafsson, 2017) podaja naslednjo definicijo: »Študijo primera lahko definiramo kot intenzivno študijo o osebi, skupini ljudi ali enoti, katere cilj je posplošitev na več enot (Gustafsson, 2017, str. 2)«. Podobno definicijo navaja tudi (Creswell W., 2013), v svoji literaturi: »Študija primera je kvalitativni raziskovalni pristop, kjer raziskujemo realen začasen sistem (primer) ali več sistemov (primerov) skozi čas, s podrobnim zbiranjem podatkov (preko opazovanj, intervjujev, dokumentov, poročil) (Creswell W., 2013, str. 97)«. Torej, če bi povzeli na kratko, če bi podrobneje proučevali samo en primer, bi govorili oziroma izvedli študijo enega primera, ker pa bomo v našem primeru proučili več različnih primerov malih in srednje velikih podjetij pri uporabi HPC, bomo zato kot raziskovalni pristop uporabili študijo več primerov (angl. multiple case study). Kot podaja (Gustafsson, 2017), so pri študiji več primerov pogosto vključeni številni eksperimenti, kjer je namen odkriti (identificirati) in razumeti podobnosti in razlike, ki se pojavljajo med posameznimi primeri, kar je tudi cilj magistrskega dela v našem primeru. V prvi fazi bomo analizirali obstoječe vire na temo uporabe HPC v oblaku za MSP, v drugi fazi pa bomo proučili več primerov uspešnih praks, ki so rezultat EU projektov CloudFlow (CloudFlow, b. d.-i), Fortissimo (Fortissimo in Fortissimo II) (Fortissimo, 2019f) in SesameNet (SesameNet, 2016f). Na podlagi teh bomo podali ugotovitve: kateri gospodarski sektorji so že pripravljeni na uporabo HPC storitev v oblaku, kaj so prednosti, slabosti in priložnosti, ter oblikovali priporočila za nadaljnje pristope k uvajanju HPC v mala in srednje velika podjetja. Predpostavljamo, da je na področju uporabe HPC v oblaku za mala in srednje velika podjetja narejeno malo raziskav, ki bi na enem mestu zagotovile jasen pregled nad priložnostmi, ki jih prinaša uporaba tega računalništva in dejavniki, ki vplivajo na sprejetje tovrstne tehnologije, predvsem na območju Slovenije, zato bo večina magistrskega dela vezana na analizo drugih evropskih malih in srednje velikih podjetij pri uporabi HPC v oblaku. Analize smo se lotili na naslednji način: 1) Najprej smo identificirali, koliko primerov uspešnih zgodb (eksperimentov) je bilo zajetih v okviru posameznega projekta (Fortissimo (79 eksperimentov), CloudFlow (20 eksperimentov) in SesameNet (47 eksperimentov)).. Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 3.

(9) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. Magistrsko delo. 2) Ker so bili eksperimenti in pripadajoča podjetja vezani na različna področja dela, smo eksperimente pri vsakem izmed projektov po pregledu razvrstili (ločili) na posamezna področja dela (panoge), s čimer smo dobili večjo preglednost in enotnost nad različnimi področji uporabe HPC storitev v oblaku. V okviru analize smo obravnavali šest različnih področij dela (panog). Obravnavana področja so predstavljena v nadaljevanju magistrskega dela. 3) Nadalje smo pri vsakem projektu naredili ožji izbor teh eksperimentov, med katerimi smo izbrali le eksperimente, na podlagi katerih smo lahko pridobili številske vrednosti za potrebe izvedbe analize. 4) Po razvrstitvi glede na področje dela (panoge), na katerem posamezno podjetje deluje, in zbranih podatkih eksperimentov MSP podjetij smo najprej oblikovali osnovno (izvorno) tabelo (s pridobljenimi podatki posameznih izbranih eksperimentov) in določili parametre tabele za analizo. 5) Na podlagi te tabele smo oblikovali manjše tabele, v katerih smo združili podatke izbranih podjetij in jih predstavili v obliki vizualizacij. Posamezno področje dela in pridobljene rezultate smo tudi komentirali, za lažje razumevanje analiziranih podatkov. Omejitve analize: . zaradi narave podatkov smo v osnovni (izvorni) tabeli podatke združili le iz dveh projektov, in sicer Fortissimo in CloudFlow;. . pri večini področij dela (posameznih panogah) je v glavnem predstavljen projekt Fortissimo, saj večina eksperimentov pri projektu CloudFlow sodi na področje proizvodnje;. . projekt SesameNet pa ni imel podanega nobenega eksperimenta s številskimi podatki, na podlagi katerih bi lahko oblikovali tabele in vizualizacije, zato smo izbrane eksperimente in prednosti, ki so jih pridobila podjetja v okviru tega projekta, predstavili zgolj opisno.. Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 4.

(10) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. 2.. Magistrsko delo. TEORETIČNE OSNOVE. 2.1. RAČUNALNIŠTVO V OBLAKU V tem poglavju opredelimo pojem klasičnega računalništva v oblaku, kjer predstavimo njegovo definicijo, predstavimo modele, ki se uporabljajo pri tem in naredimo kratek opis storitev, ki jih nudi takšna oblika računalništva. 2.1.1. RAČUNALNIŠTVO V OBLAKU (OPREDELITEV) Po pregledu domače in tuje literature smo ugotovili, da je natančna opredelitev pojma »računalništvo v oblaku« relativno težka. Vsak avtor podaja svojo razlago, ki jo razume pod tem pojmom, pri čemer pa je, kot navajajo (Sedlar, Bešter, & Kos, 2011), razlaga odvisna od tehnološkega ozadja posameznika. Definicija, kot jo podaja ameriški NIST (angl. U.S. National Institute of Standards and Technology), pravi: »Gre za model, ki zagotavlja priročen omrežni dostop do nabora nastavljivih računalniških virov (npr. omrežja, strežniki, hramba (pomnilniki in diski), aplikacije in storitve), ki jih je mogoče hitro zagotoviti in sprostiti, z minimalnim naporom upravljanja ali potrebo po interakciji s strani ponudnika storitev (Mell & Grance, 2011, str. 2).« Povedano z drugimi besedami, gre za abstrakcijo teh virov, torej kombinacijo tehnologije in platforme, ki zagotavlja gostovanje in storitve hrambe na internetu (Nazir, 2012). V nadaljevanju sledi kratek opis modelov ter storitev, ki jih nudi klasično računalništvo v oblaku. 2.1.2. MODELI RAČUNALNIŠTVA V OBLAKU Poznamo tri glavne modele računalništva v oblaku, in sicer javni, zasebni ter hibridni oblak (ta predstavlja kombinacijo javnega in zasebnega oblaka). Pri pregledu tuje literature na spletu (baze podatkov na spletu, različni znanstveni članki) smo zasledili, da se pogosto omenja četrto obliko, kjer poleg teh treh oblik, avtorji kot model navajajo tudi oblak skupnosti (angl. Community cloud), vendar bomo na kratko opisali le prve tri oblike (za osnovno razumevanje področja), saj je tematika magistrskega dela usmerjena drugam. . Javni oblak (angl. Public cloud) Gre za model oblaka, kot pove že ime, ki je dostopen za vsakogar. Ponudnik storitev pri tej obliki modela omogoča javni dostop do infrastrukture, ki jo nudi v oblaku, pri čemer ima polno lastništvo, kar pomeni, da skrbi za celotno infrastrukturo (jo gradi in vodi). Uporabniki pri tem modelu plačajo le za tiste vire, ki jih potrebujejo oziroma uporabljajo. To pomeni večjo prilagodljivost (skalabilnost) in s tem učinkovitejšo izrabo virov. Je pa ta oblika najmanj varna, saj temelji na. Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 5.

(11) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. Magistrsko delo. popolnemu zaupanju ponudniku storitve, ki je poleg infrastrukture odgovoren tudi za varnost uporabnikovih podatkov (Njeh, 2014). . Zasebni oblak (angl. Private cloud) Nasprotno od modela javnega oblaka, zasebni oblak nudi najbolj varno obliko za uporabnike oziroma organizacijo, saj je tu celotna infrastruktura v lasti organizacije in je ta tista, ki jo upravlja. Običajno ima organizacija lasten podatkovni center, pri čemer je dostop do podatkov mogoč vsem zaposlenim ali pa le nekaterim, odvisno od dostopnih pravic (zaupnost podatkov). Organizacija ima pri tem modelu boljši nadzor nad podatki in lažje upravljanje le-teh (Njeh, 2014).. . Hibridni oblak (angl. Hybrid cloud) Tretji glavni model predstavlja hibridni oblak, kjer gre za mešano uporabo prej opisanih modelov (uporaba javnega in zasebnega oblaka). S tako obliko modela lahko na eni strani uporabimo zasebni oblak za zagotavljanje aplikacij in hrambo trenutnih podatkov, na drugi strani pa uporabimo javni oblak za arhiviranje podatkov (Srilakshmi, Veenadhari, & Pradeep, 2013). Pri tem velja, da se podatki, ki so bolj zaupne narave, še vedno hranijo na zasebnem oblaku.. 2.1.3. STORITVE RAČUNALNIŠTVA V OBLAKU V osnovi ločimo naslednje tri glavne storitve, ki so razvrščene v naslednje sloje: . IaaS (angl. Infrastructure as a Service – Infrastruktura kot storitev) Prvi sloj predstavlja najbolj osnovno obliko modela računalništva v oblaku. Tu so locirani sistemski viri, kot so operacijski sistem, strežniki in pripadajoči viri, kot so procesor, pomnilnik in aplikacije, pri čemer so ti viri virtualizirani. Končni uporabnik najame navedene infrastrukturne vire, ki jih zagotavlja ponudnik storitev v oblaku. Pri tem uporabnik ne upravlja osnovne strojne opreme infrastrukture, ima pa možnost nadzora in upravljanja prostora za shranjevanje, nameščenih aplikacij in operacijskega sistema, ki jih ponujajo ponudniki storitev v oblaku (DE FRANG, 2017).. . PaaS (angl. Platform as a Service – Platforma kot storitev) Drugi sloj predstavlja platformo, ki končnemu uporabniku omogoča razvoj in ustvarjanje aplikacij po svojih željah. Pomembno je poudariti, da uporabniku predhodno ni treba namestiti nobene programske opreme. Ponudnik storitev je tisti, ki s platformo zagotovi ustrezne programske jezike, knjižnice in orodja, da si uporabnik lahko ustvari aplikacijo, ki jo potrebuje. Platforma tako predstavlja osnovo za oblikovanje spletnega uporabniškega vmesnika ali spletne aplikacije (DE FRANG, 2017), (Mell & Grance, 2011).. Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 6.

(12) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. . Magistrsko delo. SaaS (angl. Software as a Service – Programska oprema kot storitev) Zadnji, tretji sloj pa predstavlja storitev, kjer je uporabnikom omogočen dostop do uporabe aplikacij, ki jih ponujajo ponudniki storitev, z drugimi besedami, se izvajajo v ponudnikovi infrastrukturi v oblaku (Mell & Grance, 2011). Kot navaja (Höllwarth, 2012), uporabnik plača, kolikor porabi (model “pay-as-you-go”), pri čemer ne skrbi in ne upravlja osnovne infrastrukture in platforme. Dostop do aplikacij je mogoč prek različnih odjemalnih naprav, ki temeljijo na vmesniku lahkega odjemalca (angl. thin client interface), kot je spletni brskalnik (Mell & Grance, 2011).. Vidimo lahko, da so storitve, ki jih ponuja računalništvo v oblaku, raznolike ter ponujajo različne funkcionalnosti. Nazadnje je uporabnik tisti, ki se odloči, katera izmed storitev mu najbolj ustreza. Zadnja izmed opisanih storitev je najbolj priljubljena, saj uporabnik aplikacije le uporablja, pri čemer mu ni treba skrbeti za razvoj aplikacij, kot je to v primeru PaaS, prav tako se ne obremenjuje ali bo imel dovolj kakovostno infrastrukturo in dovolj virov na razpolago. Dobi torej celoten storitveni paket, kjer izbere aplikacijo, ki mu glede na kriterije najbolj ustreza. V nadaljevanju magistrskega dela predstavljamo področje visoko zmogljivega računalništva, ki ga s tujko poznamo pod imenom HPC (angl. High Performance Computing) in je tudi glavni predmet obravnave tega magistrskega dela.. 2.2. VISOKO-ZMOGLJIVO RAČUNALNIŠTVO V OBLAKU (HPC) V tem poglavju, enako, kot smo to storili v predhodnem (2.1.1. RAČUNALNIŠTVO V OBLAKU (OPREDELITEV)), najprej opredelimo pojem visoko-zmogljivega računalništva ter pojasnimo pojem tega računalništva v oblaku, kjer bralca seznanimo, kaj predstavlja tovrstno računalništvo ter kaj nudi, v primerjavi s klasičnim računalništvom v oblaku. Nadalje pogledamo in predstavimo modele visoko-zmogljivega računalništva, ki jih ta nudi v oblaku, na koncu pa podamo in predstavimo še vrste storitev, ki jih to področje računalništva ponuja. 2.2.1. VISOKO-ZMOGLJIVO RAČUNALNIŠTVO V OBLAKU (HPC) - (OPREDELITEV) Kot smo že omenili v uvodu, gre danes veliko stvari v smeri digitalizacije. Klasične podatke, ki smo jih pisali na roke, so večinoma zamenjali elektronski, prav tako se je digitalizirala hramba teh. Veliko podjetij danes teži k temu, da bi poslovala čim bolj digitalno, torej brezpapirno, z dostopom do podatkov v podatkovni bazi, ki predstavlja eno izmed točk dostopa na strežnikih podjetja, poleg drugih, kot so poslovno informacijski sistem za planiranje virov (angl. ERP – Enterprise Resource Planning), kjer je najbolj poznan SAP sistem (Systems Applications and Products in Data Processing), sistem za upravljanje odnosov s strankami (angl. CRM – Customer Relationship Management), različni dokumentni sistemi (angl. DMS – Data Management System) in drugi. Pri poslovanju in uporabi teh sistemov se generira ogromno podatkov, ki jih je treba shraniti.. Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 7.

(13) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. Magistrsko delo. Klasična infrastruktura, ki jo ima podjetje na voljo, kot so strežniki, ni dovolj, zato podjetja uporabljajo shranjevanje podatkov v oblaku. En vidik je torej hramba podatkov, ki jih podjetje generira pri svojem delu, drug vidik pa je uporaba teh, ki jih podjetja koristijo pri načrtovanju in razvoju novih produktov in storitev ter izboljšavi že obstoječih. Posebej v fazi načrtovanja je pomembno veliko testiranja in izvedb simulacij, ki podjetju povedo, ali je na pravi poti do produkta, ki ga želi ustvariti ali izboljšati. S tem, ko podjetje postavi nov ali izboljšan produkt na trg, ki je tudi kakovosten, (p)ostaja konkurenčno, pri čemer pa mora biti hitro, da ga konkurenca ne prehiti. Ker je izvedba simulacij pri razvoju novih produktov kompleksna, prav tako tudi izračuni pri tem, običajni računalniki niso več dovolj zmogljivi, zato se v tem primeru uporabijo visokozmogljivi računalniki, ki ta proces pohitrijo. Kot navajajo (Kljajić Borštnar, Ilijaš, & Pucihar, 2015, str. 23): “Visoko-zmogljivo računalništvo ali HPC (angl. High Performance Computing) se nanaša na zmogljivosti računalnika, potrebne za reševanje kompleksnih računskih problemov, ki jih ni možno izračunati enostavno (v primernem času ali pravočasno) z običajnimi namiznimi računalniki. Na splošno se uporablja za reševanje obsežnih problemov v znanosti, inženirstvu in poslovanju.” Pri visoko-zmogljivem računalništvu v oblaku (angl. HPC Cloud) pa gre samo za drugačen način dostopa, in sicer se za dostop do virov, ki jih nudi visoko zmogljiv računalnk, uporablja oblak. Gre torej za uporabo klasične visoko zmogljive računalniške infrastrukture (HPC), z izkoriščanjem funkcionalnosti (virov), ki jih nudi oblak, za izvajanje aplikacij HPC (NETTO, CALHEIROS, RODRIGUES, CUNHA, & BUYYA, 2018). Dostop do zmogljivosti, ki jih nudi HPC, je zaradi oblaka mogoč od koderkoli (z različnih geografskih lokacij) in kadarkoli podjetje te zmogljivosti potrebuje. Glavna prednost v primerjavi s klasično HPC infrastrukuro pa je, da ta fizično ne zaseda prostora v podjetju, saj je celotna infrastruktura fizično na lokaciji ponudnika storitev v oblaku (Balakrishnan, Veeramani, Leong, Murray, & Sidhu, 2016). Druge prednosti bomo predstavili v nadaljevanju magistrskega dela. Avtorji (Kljajić Borštnar idr., 2015, str. 23) pravijo še, da uporaba storitev računalništva v oblaku, v zadnjih letih kaže na visoko stopnjo sprejetja med podjetji in poudarjajo, da je možnost najema HPC v oblaku postala nujna (bistvena). Slednje velja tudi za mala in srednja podjetja (MSP), kjer je bilo visoko-zmogljivo računalništvo do sedaj na voljo za uporabo le velikim podjetjem in raziskovalnim inštitutom, zaradi visokih stroškov, povezanih z uporabo HPC. Tudi v primeru HPC v oblaku gre, tako kot pri klasičnem računalništvu v oblaku, za uporabo virtualiziranih virov. 2.2.2. MODELI VISOKO-ZMOGLJIVEGA RAČUNALNIŠTVA V OBLAKU V prejšnjem poglavju smo predstavili modele in storitve, na katerih temelji klasično računalništvo v oblaku. Omenjeni modeli in storitve predstavljajo podlago tudi za visoko-zmogljivo računalništvo (HPC) v oblaku. S pregledom strokovne literature na spletu (baze podatkov, raziskovalni članki) smo ugotovili, da tovrstno računalništvo izhaja iz osnovnih modelov javnega, zasebnega in hibridnega oblaka, pri čemer razširja te modele in jih loči glede na uporabo.. Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 8.

(14) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. Magistrsko delo. Kot navajajo (Parashar, AbdelBaky, Rodero, & Devarakonda, 2013), je vse bolj privlačna oblika za HPC v oblaku hibridna infrastruktura, kjer gre za združevanje virov HPC z infrastrukturami oziroma modeli v oblaku. Modeli HPC, ki se pri tem najpogosteje uporabljajo, so v osnovi trije, in sicer: . HPC v oblaku (angl. HPC in the Cloud) Gre za model, ki ga uporabljajo predvsem raziskovalni inštituti in velike organizacije, v zadnjem času pa je vse bolj aktualen tudi za mala in srednja podjetja (Parashar idr., 2013). Model se osredotoča na prenos HPC aplikacij v oblak (NETTO idr., 2018), ki za svoje delovanje potrebujejo HPC, z drugimi besedami, aplikacija se v celoti izvaja v oblaku, pri čemer koristi vire HPC. Za uporabo teh aplikacij je potrebna strojna oprema virtualizirana in je dostopna na zahtevo pri ponudnikih storitev v oblaku, kot sta na primer Amazon (Amazon Elastic Computer Cloud EC2) in Microsoft (Microsoft Azure) (Parashar idr., 2013).. . HPC + oblak (angl. HPC plus Cloud) Pri drugem modelu gre za to, da uporabniki uporabljajo osnovne modele oblakov (bodisi javni, zasebni ali hibridni oblak), kot dopolnilo svojim virom HPC. Uporabniki torej funkcionalnosti HPC koristijo in plačajo za njih le takrat, ko se izkaže povečana potreba po tem (na primer večja zmogljivost delovanja aplikacije). Ta scenarij uporabe je znan tudi kot t. i. »pokanje oblakov« (angl. cloud bursting) (NETTO idr., 2018). Gre za konfiguracijo, ki je vzpostavljena med javnim in zasebnim oblakom. Za lažjo predstavo, naj na tem mestu podamo primer, kot ga opisuje podjetje Microsoft (Microsoft, 2019) - organizacija, ki uporablja zasebni oblak, na primer doseže 100 % kapaciteto virov, ki jih ima na razpolago za uporabo aplikacij in storitev. Presežek prometa pri tem preusmeri v javni oblak in se tako izogne prekinjenemu delovanju storitev. Primer poudarja še, da se ta vrsta modela uporablja za obvladovanje procesorskih obremenitev, kjer se osnovne aplikacije prenesejo v javni oblak, da se sprostijo lokalni viri za poslovne aplikacije.. . HPC kot storitev (HPCaaS – HPC as a Service) Tretji model pa predstavlja uporabo HPC kot storitev, kar poznamo tudi pod sinoninom HPCaaS. Kot navajajo (NETTO idr., 2018), pri tem načinu uporabnikom ni treba razumeti osnovne infrastrukture v oblaku. Uporabniki samo oddajo aplikacijo, relevantne parametre in QoS zahteve (angl. QoS – Quality of Service ali kvaliteta storitev), kot je na primer rok izvedbe simulacije, preko spletnega portala. Za zagotavljanje potrebnih virov in razvrstitev aplikacij, namestitev in izvedbo pa poskrbi vmesna programska oprema (angl. middleware).. Avtorji (NETTO idr., 2018) še izpostavljajo, da je ta način uporabe HPC še posebej pomemben za nove uporabnike, ki nimajo strokovnih znanj na področju sistemske administracije in konfiguracije kompleksnih računalniških okolij.. Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 9.

(15) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. Magistrsko delo. To potrjuje pomembnost in možno enostavnost uporabe HPC v oblaku za mala in srednja podjetja (MSP), ki velikokrat zaradi pomanjkanja strokovnih znanj, ne izkoriščajo virov HPC, s katerimi bi lahko svoj delovni proces pohitrila, dosegla rezultate hitreje in (p)ostala konkurenčna na trgu dela. Na Sliki 1 so prikazani vsi trije modeli visoko-zmogljivega računalništva, ki jih ta nudi v oblaku.. Slika 1: Modeli HPC računalništva v oblaku Vir: (Parashar idr., 2013) 2.2.3. STORITVE VISOKO-ZMOGLJIVEGA RAČUNALNIŠTVA V OBLAKU Visoko-zmogljivo računalništvo (HPC) v oblaku dodaja poleg temeljnih storitev klasičnega računalništva v oblaku nove storitve, kot so na primer:   . programsko inženirstvo (programiranje) kot storitev (angl. SEaaS – Software Engineering as a Service) (Schmidberger & Schmidberger, 2012), odpornost (robustnost) delovanja aplikacije kot storitev (angl. RaaS – Resilience as a Service) (Villamayor, Rexachs, Luque, & Lugones, 2018), potek simulacije kot storitev (angl. SWaaS – Simulation Workflow as a Service) (Ziegler idr., 2014). Pri zagotavljanju HPC storitev v oblaku gre za zahtevno nalogo. Da se zagotovijo primerne storitve, ki jih uporabnik oziroma podjetje potrebuje, je pred zagotovitvijo storitve pomembna ocena zmogljivosti infrastrukture, tj. sistemov, ki jih ima podjetje na voljo. Kot zmogljivost sistema so mišljene karakteristike, kot so število procesorskih jeder (stopnja procesiranja), hitrost dostopa do omrežnega pomnilnika, prepustnost komunikacij (angl. communication throughput) med več procesorji ter druge značilnosti aplikacij (Li, Palit, Foo, & Hung, 2011). Izpostavili smo po našem mnenju tri glavne storitve, ki smo jih zasledili na področju HPC v oblaku in so podrobneje opisane spodaj. . Programsko inženirstvo (programiranje) kot storitev (angl. SEaaS – Sofware Engineering as a Service) HPC je v osnovi namenjen izvajanju kompleksnih aplikacij. Od infrastrukture, ki jo ponuja HPC, se pričakuje, da bo ta delovala zanesljivo in učinkovito, zato pomemben člen predstavljajo tu vzdrževalci strojne opreme in programerji, ki skrbijo za nemoteno delovanje programske. Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 10.

(16) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. Magistrsko delo. opreme. Kot navajata (Schmidberger & Schmidberger, 2012), programerji kodo običajno razvijajo lokalno in razvito aplikacijo (končen izdelek) nato naložijo na oblak. Ideja SEaaS je, da imajo programerji dostop do programske kode in informacij ter sistemov za nadzor različic v oblaku, v obliki aplikacije. Avtorja (Schmidberger & Schmidberger, 2012) še izpostavljata, da ima večina raziskovalcev (znanstvenikov), ki dela na projektih HPC, pomanjkljivo (nezadostno) znanje na tem področju, zato ta storitev predstavlja izhodiščno točko, kjer bi omenjene značilnosti lahko uporabili v obliki že pripravljenih “delov”, ki bi se lahko neposredno uporabili za različne projekte HPC. Funkcionalnosti, ki jih SEaaS torej nudi, so razvrščene v štiri kategorije. Vsaka izmed kategorij nudi svoje funkcionalnosti (Schmidberger & Schmidberger, 2012): . . Učinkovito upravljanje kode (angl. ECM – Efficient code management) – ta kategorija nudi: o. iskalnik kode in knjižnic, ki programerjem omogoča najti kodo, ki je bila že napisana in se lahko ponovno uporabi (angl. reusable code), strukturo kode in ustrezno dokumentacijo.. o. sisteme za nadzor različic, ki omogočajo spremembami v dokumentih ali datotekah.. o. seznam preoblikovanja kode (angl. Refactoring Checklist), kjer gre za ureditev obstoječe kode, da je ta bolj učinkovita.. pregled. nad. Omejeni viri (angl. LR – Limited Resources) – ta kategorija nudi: o. nastavljanje kode (angl. Tuning), kjer programer ustvari aplikacijo in preveri obremenitve procesorja in omrežne obremenitve.. o. pomoč eksperta (angl. Expert Chat), ki zagotovi hitro pomoč v primeru težav pri uporabi storitve.. Zadnji dve kategoriji sta še projektni management, ki služi kot točka za zbiranje zahtev projektov in organizacijo izdaj ter baza znanja, kjer so zbrana pogosta vprašanja (angl. FAQ – Frequently Asked Questions) in povezave do dodatnih gradiv (Schmidberger & Schmidberger, 2012). Na Sliki 2 je prikazan princip delovanja storitve SEaaS, ki deluje kot vmesni člen, v obliki aplikacije med javnim in zasebnim (privatnim) oblakom. Ta uporabnikom nudi informacije, bodisi iz javnega oblaka (verzija programske opreme, dostop do pogosto zastavljenih vprašanj, iskanje že napisane kode) ali iz zasebnega oblaka. Odvisno od informacij, ki jih uporabnik v danem trenutku potrebuje in do katerih lahko dostopa (ima pravico dostopa).. Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 11.

(17) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. Magistrsko delo. Slika 2: Princip delovanja storitve SEaaS Vir: (Schmidberger & Schmidberger, 2012) . Odpornost delovanja aplikacije kot storitev (angl. RaaS – Resilience as a Service) Pri selitvi aplikacij HPC v oblak so še vedno potrebne domače rešitve, ki so odporne na napake, da se lahko na eni strani v celoti izkoristijo funkcije, ki jih nudi oblak, na drugi strani pa maksimizira izkoriščenost virov. To še posebej velja za paralelne aplikacije, ki se izvajajo dalj časa, kjer napake lahko povzročijo neveljavna stanja ali izgubo podatkov. Posledično je tako potrebno pri aplikaciji (če je prišlo do napake pri izvajanju), sprožiti ponovno izvedbo le-te, kar pomeni povečevanje časa zaključka izvajanja aplikacije in pripadajočih stroškov, ki nastajajo pri tem (Villamayor idr., 2018). “Naj na tem mestu omenimo, da toleranca napak v primeru HPC predstavlja zahtevo, da se aplikacije lahko izvajajo tudi v primeru sistemskih napak (Villamayor idr., 2018, str. 356).”. Ker se napake v delovanju sistemov pojavljajo povsod, s čimer oblačne infrastrukture niso izjema, ta zahteva tako predstavlja prednost, pri čemer. Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 12.

(18) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. Magistrsko delo. lastniki aplikacij ne upravljajo osnovne infrastrukture, ampak je ta odgovornost vezana na operaterje, ki skrbijo za oblak (Villamayor idr., 2018). Avtorji (Villamayor idr., 2018) izpostavljajo, da je treba tradicionalne mehanizme, namenjene zagotavljanju odpornosti na napake (angl. Fault tolerance (FT) mechanisms) prenoviti, zato kot rešitev predlagajo uporabo RaaS storitve. Storitev RaaS temelji na RADIC arhitekturi (angl. Redundant Array of Distributed Independent Fault Tolerance Controllers). Za lažje razumevanje naj pojasnimo, da gre za arhitekturo, ki toleranco napak definira s pomočjo modelov zaščite, detekcije, obnavljanja in modelov markiranja napak, ki zagotavljajo uspešen prenos sporočil, v primeru, da je na sistemskem vozlišču prišlo do napake (MarcelaCastro-León, Meyer, Rexachs, & Luque, 2015). Storitev RaaS deluje na naslednji način (Villamayor idr., 2018): 1) Uporabnik pred izvedbo aplikacije HPC v oblaku registrira vzporedne aplikacije na storitvi RaaS. 2) Storitev nato konfigurira komponente, ki zagotavljajo odpornost napak v procesu izvajanja aplikacije (sem spadajo zaščitne naprave za shranjevanje in naprave za spremljanje (monitoring) vozlišč). 3) Ko se pojavi napaka, se sproži postopek obnovitve izvajanja aplikacije z uporabo zaščitnih podatkov, kjer se dodeli potrebne vire, za uspešno obnovitev aplikacije. 4) Aplikacija po uspešni obnovitvi nadaljuje s svojim izvajanjem. Gre torej za to, da se aplikacijo med izvajanjem neprestano nadzoruje in v primeru napake takoj ukrepa in se že med delovanjem tako sproti odpravljajo napake, s čimer dobimo hitrejše izvajanje aplikacije. Aplikacije tako ni treba zagnati od začetka. RaaS sestavljajo tri komponente (Villamayor idr., 2018): . Spletna storitev RaaS (angl. RaaS Web Service) – ta uporabnikom zagotavlja registracijo aplikacij in omogoči zaščito pred pojavom napak.. . Upravitelj toleranc napak (angl. FTMD – Fault Tolerance Manager Deamon) – skrbi za upravljanje in distribucijo informacij o zaščiti, pri čemer tudi neprestano posodablja informacije o instancah, ki so trenutno v virtualni gruči.. . Tretja komponenta pa je upravitelj oblaka (angl. Cloud Manager) – ta omogoča interakcijo med RaaS in ponudnikom oblaka, kjer se tako dinamično zagotovi rezervne instance vozlišč in poskrbi za ustrezno konfiguracijo komponent, če je to potrebno.. Na Sliki 3 so prikazane omenjene glavne komponente, ki sestavljajo storitev RaaS, na Sliki 4 pa je prikazana arhitektura, na osnovi katere RaaS storitev deluje.. Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 13.

(19) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. Magistrsko delo. Slika 3: Glavne komponente RaaS storitve Vir: (Villamayor idr., 2018). Slika 4: Arhitektura RaaS storitve Vir: (Villamayor idr., 2018) Zadnja izmed storitev, ki smo jo izbrali in jo HPC v oblaku tudi ponuja, pa je potek simulacije kot storitev ali SWaaS (angl. Simulation Workflow as a Service) in je opisana spodaj. Zaradi lažje predstave smo to storitev ponazorili s praktičnim opisom primera, pri čemer smo izpostavili tudi glavne komponente te storitve. . Potek simulacije kot storitev (angl. SWaaS) Eden izmed številnih projektov, ki jih je Evropska unija (EU) financirala, v okviru katerih so potekali zanimivi eksperimenti pri uporabi HPC v oblaku za mala in srednje velika podjetja (MSP), je projekt Fortissimo (Fortissimo, 2019f). V okviru tega projekta so avtorji Wolfgang Ziegler, Roberto D’Ippolito, Massimo D’Auria in drugi (Ziegler idr., 2014), izvedli eksperiment imenovan MORE.CLOUD (angl. Main Routing Architecture Optimisation Research Experiment in the Cloud). Cilj tega eksperimenta je bil zagotoviti izhodiščno točko, kjer MSP lahko koristijo vire HPC, potrebne za izvedbo simulacij, t. i. točko one-stop-shop. Glavni cilj SWaaS storitve je zagotoviti izvedbo simulacij v oblaku, pri čemer se izkoriščajo viri HPC. MSP običajno pri izvajanju simulacijskih kod nimajo dovolj strokovnega znanja, da bi te simulacije izvedla v oblaku, zato je pomembno sodelovanje med MSP, ki posredujejo želje in cilj, ki bi ga radi dosegli, ponudnikom oblaka, ki zagotovi oblak, v katerem se. Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 14.

(20) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. Magistrsko delo. simulacija izvede, ponudnikom programske opreme in eksperti, ki so strokovnjaki za tisto (domensko) področje (Ziegler idr., 2014). Kot primer so avtorji članka (Ziegler idr., 2014) vzeli primer letala, kjer je bilo treba izvesti simulacijo ožičenja celotnega letala. Cilj simulacije je bil zmanjšati težo letala z optimizacijo ožičenja (manj potrebnih kablov) in posledično doseči nižje stroške. SWaaS kot storitev so implementirali v obliki Noesis Optimus PIDO (angl. Process Integration and Design Optimization) simulacijskega orodja, ki je namenjen optimizaciji načrtovanja in integraciji procesov. Z orodjem so dosegli bolj pregledno načrtovanje in optimizacijo glavne usmerjevalne arhitekture (angl. Main Routing Architecture) letala, ki predstavlja potek ožičenja letala. Pred uvedbo orodja so imeli tri ločene aplikacije (MORE, AWARD in CSI), z njegovo uvedbo pa so aplikacije integrirali kot eno skupno celoto (Ziegler idr., 2014). Aplikacije (moduli) imajo naslednje funkcije (Ziegler idr., 2014): o. MORE (angl. Main Routing Architecture) usmerjevalno arhitekturo letala. –. definira. glavno. o. AWARD (Automatic Wiring and Routing Design) – simulira potek signalov preko glavne usmerjevalne arhitekture letala. o. CSI (angl. Connector Selection Instrument) - preko te aplikacije uporabnik izbere in poskrbi za ustrezne povezave posameznih sklopov. Na Sliki 5 vidimo primer načrtovanja simulacijskega poteka za primer glavne usmerjevalne arhitekture letala. Vsak izmed modulov ima svojo funkcijo, ki smo jih omenili zgoraj.. Slika 5: Primer simulacijskega poteka v orodju Noesis Optimus Vir: (Ziegler idr., 2014). Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 15.

(21) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. Magistrsko delo. Delovanje storitve SWaaS v obliki orodja Optimus je naslednje (Ziegler idr., 2014): 1) Uporabnik najprej opiše in uredi simulacijske procese (njihove poteke) in definira problem, ki ga želi optimizirati v XML obliki. 2) Definiran problem se nato implementira v program, v grafično obliko večnivojskih simulacijskih nalog (oblikuje se simulacijska shema). 3) Sledi izvedba simulacije, kjer se sproti preverjajo rezultati in se po potrebi spremeni arhitektura (optimizacija) V nadaljevanju je narejena kratka analiza trenutnega stanja uporabe HPC v Evropi, pri čemer primerjamo, kakšna je izkoriščenost te tehnologije v Sloveniji proti drugim evropskim državam (poglavje 3.1.). Zatem naredimo še kritično analizo, kjer podamo svoj komentar in ugotovitve, do katerih smo prišli s to analizo.. Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 16.

(22) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. 3.. Magistrsko delo. OBSTOJEČE STANJE. 3.1. ANALIZA TRENUTNEGA STANJA (ANALIZA TRGA) S pregledom domače in tuje literature smo ugotovili, da je uporaba visokozmogljivega računalništva (HPC) izkoriščena manj, kot bi lahko bila. Na področju Slovenije je število visokotehnoloških podjetij in institucij, ki bi HPC koristila pri svojem delu, majhno v primerjavi z drugimi evropskimi državami, kjer je teh podjetij več. Kot navaja (Švagelj, 2012) na spletni strani časnika DELO, Slovenija še ni dovolj konkurenčna v primerjavi z drugimi evropskimi državami, ki koristijo storitve HPC. Trenutno je uporaba HPC v Sloveniji usmerjena bolj na akademsko področje, kjer posamezne fakultete izkoriščajo storitve HPC za potrebe izvedbe zahtevnih simulacij, predvsem na področju dinamike fluidov. Eden izmed bolj vidnih akterjev na področju HPC v Sloveniji je podjetje Arctur (Arctur, b. d.). Podjetje je evropski HPC kompetenčni center za zagotavljanje HPC storitev malim in srednje velikim podjetjem (MSP) in tudi eden od ustanovnih članov konzorcija HPC5, katerega cilj je bil zagotovitev centra za HPC in računalništvo v oblaku (HPC5, 2012). Institucije, ki preko podjetja Arctur koristijo uporabo HPC v Sloveniji, so naslednje (Švagelj, 2012):     . Ljubljanska fakulteta za matematiko in fiziko – molekularno modeliranje tekočekristalnih elastomerov Novogoriška fakulteta za znanosti o okolju – raziskava multiferoikov (gre za materiale, ki izkazujejo sklopljene električne in magnetne ureditvene parametre) Center odličnosti EN – FIST Ljubljana – proučevanje dinamike vodikovih vezi v farmokoloških sistemih Kemijski inštitut Ljubljana – molekukarne simulacije bioloških sistemov in raztopin elektrolitov Fakulteta za elektrotehniko, Ljubljana – modeli molekularne dinamike. Poleg navedenih institucij HPC uporabljajo tudi na ljubljanski fakulteti za strojništvo, Turboinštitutu, Institutu Jožef Stefan in v podjetju Arnes, kjer gre v tem primeru za uporabo lastnega visoko-zmogljivega računalnika. Naj na tem mestu omenimo, da država spodbuja delovanje Slovenije pri uporabi HPC infrastrukture, v okviru evropske iniciative EuroHPC (European Commission, 2017a), katere cilj je pridobivanje in implementacija visoko-zmogljive infrastrukture. Hitrosti izračunov, ki jih nudi takšna infrastruktura, so reda 1018 izračunov/sekundo, kjer govorimo o uporabi t. i. računalniških sistemov na eksa ravni. Slovenija je evropsko deklaracijo EuroHPC podpisala julija 2017 (European Commission, 2017b), s katero se je pridružila drugim evropskim državam (Franciji, Nemčiji, Italiji, Nizozemski, Portugalski, Španiji in drugim), da aktivno sodeluje na področju razvoja visoko-zmogljivega računalništva in pri njegovi uporabi. V Sloveniji je tako na tem področju kar nekaj primerov.. Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 17.

(23) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. Magistrsko delo. Kot prvi primer lahko izpostavimo Univerzo v Mariboru, ki vzpostavlja HPC v sklopu projekta HPC RIVR, kjer je cilj zagotoviti HPC zmogljivosti najmanj 1,5 petaFLOP/sekundo (MMC RTV SLO, 2018). Nadalje na tem področju sodeluje podjetje BTC, v sklopu čezmejnega projekta Interreg InnoHPC (InnoHPC, 2019), ki ga vodi Fakulteta za informacijske študije iz Novega mesta, kjer raziskuje področje uporabe HPC za avtonomna vozila (AKOS, 2018). V sklopu tega projekta je Gospodarska zbornica Slovenije v letu 2017 izvedla izobraževanje (delavnico) na temo vzpostavitve okolja za industrijsko rabo HPC (Gospodarska zbornica Slovenije, 2017). Kot omembo naj dodamo še Strojno fakulteto Univerze v Ljubljani, ki je članica evropskega združenja PRACE (PRACE, b. d.), ki združuje vodilne HPC centre članic EU (Fakulteta za strojništvo UL, b. d.). Korak h koriščenju uporabe HPC virov v Sloveniji pa omogoča tudi Slovenska iniciativa za superračunalniško omrežje ali krajše SLING, ki jo vodi podjetje Arnes (SLING, b. d.). Pomembnejši dokument, ki smo ga našli na spletu, je poročilo Evropske investicijske banke, ki izpostavlja trenutne razmere v Evropi pri uporabi HPC (Gigler, Casorati, & Verbeek, 2018). Glede na podatke, ki jih podajajo avtorji poročila (Gigler idr., 2018), je glavni nosilec pri uporabi HPC javni sektor, pri čemer 90 % predstavljajo univerze in raziskovalni centri, preostalih 10 % pa pripada uporabi v komercialne namene. Trenutno se sektor HPC v Evropi v največji meri financira iz nacionalnih proračunov, nekaj sredstev se zagotavlja s pomočjo univerzitetnih skladov, velik del sredstev pa namenja tudi Evropska unija (EU) (Gigler idr., 2018). Potreba po uporabi HPC se povečuje, kar kažejo podatki poročila (Gigler idr., 2018), kjer je za uporabo HPC na voljo le 5 % virov, evropske industrije, mala in srednja podjetja (MSP) ter raziskovalci pa presegajo to številko, in sicer bi v skupnem obsegu potrebovali kar 33 % teh virov. Z vidika komercialne uporabe, še vedno večino predstavljajo velika podjetja, ki HPC v glavnem uporabljajo za zmanjševanje (R&D) stroškov raziskav in razvoja (Gigler idr., 2018). Glavni cilj uporabe HPC je izdelava simulacije prototipa novega izdelka (Oracle, b. d.). S tem se podjetja izognejo fizični izvedbi in preizkusom. Ni potrebe po fizičnem materialu in manj je odmeta. V primeru napak se samo spremenijo parametri simulacije. Avtorji poročila (Gigler idr., 2018) poudarjajo, da je uporaba HPC dosegla tudi mala in srednja podjetja (MSP), ki si prej tega niso mogla privoščiti ali pa so bili ti viri preveč zapleteni za uporabo. Čeprav je uporaba HPC postala bolj enostavna za uporabo in dostopnejša, še vedno veliko MSP simulacije izvaja na delovnih postajah, ki pa računsko niso tako zmogljive, kot to ponuja HPC. Mala in srednja podjetja (MSP) tako ne izkoristijo celotnega potenciala pri razvoju svojih produktov in s tem ostanejo nekonkurenčna na trgu. Če pogledamo podatke študije podjetja IDC, avtorjev (Joseph, Dekate, & Conway, 2014), iz leta 2014, vidimo, da se je trend investicij na področju HPC na evropskem trgu v zadnjih petih letih (od leta 2013 do 2017) samo povečeval, kot to prikazujeta Tabela 1 in Slika 6. Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 18.

(24) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. Magistrsko delo. Področje 2013 2014 2015 2016 HPC ("Superračunalništvo") 1323 1424 1516 1560 Tabela 1: Trend investicij v HPC v Evropi (v milijonih USD ($)) Vir: (Joseph idr., 2014). 2017 1934. Slika 6: Višina investicij v HPC v Evropi (2013–2017) – v milijonih USD ($) Vidimo lahko, da se je trend investiranja na tem področju približno enakomerno povečeval, večji preskok pa lahko opazimo v letu 2017, kar pomeni, da se tudi na območju Evrope čedalje več investira v HPC. Največ sredstev se je v letu 2017 namenilo za strežnike (približno 4 milijarde USD), drugo mesto je predstavljala hramba, kjer je investicija znašala približno 1,4 milijarde USD. Sledijo aplikacije in storitve, najmanjšo investicijo na področju HPC pa je v letu 2017 predstavljala vmesna programska oprema (angl. middleware). Podatke navedenih investicij prikazuje Tabela 2, ki jo za lažji pregled prikazujemo na Sliki 7. Viri HPC (investicije v EU, v letu 2017 v USD (v milijonih)) Strežniki 4167 Hramba 1443 Aplikacije 1214 Storitve 635 Vmesna programska oprema (Middleware) 421 Tabela 2: Namenjena sredstva za vire HPC v letu 2017 (podatki za Evropo) Vir: (Joseph idr., 2014). Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 19.

(25) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. Magistrsko delo. Slika 7: Investicije v HPC vire (leto 2017) Nadalje nas je zanimalo, kakšen tržni delež na področju HPC obvladuje Evropa v primerjavi z Ameriko in Azijo. Spodnje podatke smo pridobili iz poročila Evropske investicijske banke (Gigler idr., 2018) in jih prikazujemo v Tabeli 3 ter veljajo za leto 2018. Za lažjo predstavo smo naredili še vizualizacijo v obliki tortnega diagrama, ki ga prikazuje Slika 8. Vidimo lahko, da največ trga na področju HPC obvladuje Južna Amerika z 42,9 % deležem, sledita Evropa (26,4 %) in Azija oziroma Pacifik (18,9 %).. Država Južna Amerika Evropa Azija/Pacifik. Delež na trgu [v %] – leto 2018 42,9 26,4 18,9. Tabela 3: Deleži držav na HPC trgu (leto 2018) Vir: (Gigler idr., 2018). Slika 8: Deleži držav na trgu HPC v % (leto 2018) Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 20.

(26) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. Magistrsko delo. Za konec v Tabeli 4 podajamo podatke o številu uspešnih zgodb (eksperimentov) malih in srednje velikih podjetij (MSP) v Evropi, pri uporabi HPC, ki so nastali v okviru evropskih projektov CloudFlow (CloudFlow, b. d.-i), Fortissimo (Fortissimo, Fortissimo II) (Fortissimo, 2019f) in SesameNet (SesameNet, 2016f) in jih je financirala Evropska unija. Za zdaj se tovrstna podjetja še premalo zavedajo prednosti uporabe HPC v kombinaciji z oblakom, saj bi z njegovo uporabo postala bolj konkurenčna na trgu, pospešila bi razvoj produktov in povečala svojo rast. V Tabeli 4, za zdaj podajamo le podatke, ki prikazujejo število uspešnih integracij HPC v mala in srednja podjetja (MSP) v Evropi, analizo pa bomo predstavili v poglavju 4.5, kjer podrobneje analiziramo uspešne zgodbe teh podjetij. Projekt. CloudFlow. Fortissimo (Fortissimo in Fortissimo II). Področja. Število uspešnih zgodb MSP (eksperimentov). Računalniško podprto načrtovanje in proizvodnja Computer Aided Design and Manufacturing (CAD/CAM) Računalniško podprto inženirstvo Computer Aided Engineering (CAE) Računalniška dinamika tekočin Computatinal Fluid Dynamics (CFD). 20. Aeronavtika Avtomobilska industrija. 79. Področje elektrotehnike, energije, zdravja in druga. Področje energije, vode in okolja SesameNet Znanost o življenju (Life Science) 47 Področje prozvodnje in materialov in druga Tabela 4: Število uspešnih zgodb MSP v okviru EU projektov (CloudFlow, Fortissimo in Fortissimo II, SesameNet). Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 21.

(27) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. Magistrsko delo. 3.2. KRITIČNA ANALIZA Pri izdelavi analize trenutnega stanja uporabe HPC smo ugotovili, da je na tem področju zelo malo izvedenih raziskav, ki bi podale enoten pregled nad razširjenostjo uporabe HPC, tako v geografskem smislu kot tudi v smislu pregleda sektorjev in podjetij, ki tovrstno tehnologijo uporabljajo, kar še posebej velja za Slovenijo. Pri uspešnih zgodbah, ki so vezane na Slovenijo, smo samo v okviru projekta Fortissimo (Fortissimo, 2019f) odkrili pet uspešnih zgodb integracije HPC, v kategoriji malih in srednje velikih podjetij, drugo predstavljajo akademske institucije in raziskovalni inštituti, ki smo jih navedli v začetnem delu te analize. Preostale uspešne zgodbe predstavljajo druge evropske države, kot so Španija, Italija, Avstrija in Nemčija. Opazili smo, da je v Sloveniji, v primerjavi z drugimi evropskimi državami, zelo majhna uporaba HPC, kjer je uspešnih zgodb bistveno več. Menimo, da je problem predvsem v pomanjkanju znanja na področju visoko-zmogljivega računalništva in s tem zavedanja koristi, ki jih uporaba tovrstne tehnologije lahko prinese. Iz Tabele 4 lahko vidimo, da je področje uporabe HPC zelo razpršeno, saj se lahko uporablja praktično povsod (tako na področju energije, zdravja, aeronavtike, kot tudi na področju proizvodnje in materialov, dinamike fluidov itd.). Naj na tem mestu omenimo še, da so izvedeni projekti potekali približno eno leto.. Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 22.

(28) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. 4.. Magistrsko delo. REZULTATI IN DISKUSIJA. V tem poglavju najprej predstavimo infrastrukturo, ki jo potrebujemo pri uporabi HPC, ter na kratko predstavimo posamezna področja, na katerih HPC igra pomembno vlogo. Nadalje izpostavimo pomembnost usposobljenosti pri uporabi HPC (zakaj je pomembna ustrezna usposobljenost in katere so ključne osebe za zagotavljanje storitev HPC) ter na kratko predstavimo prednosti, ki jih prinaša uporaba HPC (predvsem v smislu, kaj pridobijo z njegovo uporabo mala in srednja podjetja). Vse skupaj podkrepimo z analizo študije primerov uspešnih zgodb malih in srednje velikih evropskih podjetij.. 4.1. POTREBNA INFRASTRUKTURA Za učinkovito izvedbo kompleksnih izračunov in simulacij potrebujemo ustrezno infrastrukturo. V uvodnih poglavjih smo že omenili, da so za tovrstne operacije potrebni in tudi najbolj primerni visoko zmogljivi računalniki ali HPC. HPC računalniški sistem sestavlja zelo veliko število računalnikov, ki so medsebojno povezani v gručo ali t. i. »cluster« (Ahuja & Mani, 2012) in skupaj zagotavljajo potrebne zmogljivosti za reševanje kompleksnih izračunov in simulacij, izvedbo napovednih modelov in omogočajo natančne analize podatkov, ki jih posredujejo uporabniki, v tem primeru mala in srednje velika podjetja ali MSP (Balakrishnan idr., 2016). Glavne komponente, ki jih potrebujemo in tvorijo arhitekturo HPC sistema, prikazuje Slika 9. To so glavno vozlišče (angl. head node ali master node), stikalo (angl. switch), ki služi za povezavo med glavnim vozliščem in računskimi vozlišči in računska vozlišča (angl. compute nodes). Glavno vozlišče služi kot načrtovalec (razporejevalnik) aktivnosti, ki jih uporabnik določi za izvedbo (npr. izračun kompleksne matematične formule za potrebe simulacije pri dinamiki fluidov) in služi kot prehod med uporabnikom in računalniško gručo. Dejanska izvedba aktivnosti poteka na računskih vozliščih, ki jih predstavljajo strežniki in skrbijo samo za simulacijske in matematične izračune. Sistem HPC se lahko nadgradi enostavno z dodajanjem strežnikov, pri čemer moramo upoštevati omejitve kapacitet strojne opreme (Layton, b. d.), (Balakrishnan idr., 2016).. Slika 9: Splošna shema HPC gruče ("cluster" sistema) Vir: (Layton, b. d.). Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 23.

(29) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. Magistrsko delo. Problem klasičnih HPC sistemov je visok začetni finančni vložek (približno 100.000 EUR ali več (Švagelj, 2012)), ki običajno ne upraviči investicije, saj je uporaba takega sistema po navadi zelo malo izkoriščena. Tu govorimo o času, ko ni potrebe po operacijah, kot so izvedba kompleksnih izračunov in simulacij, ki jih omogoča HPC (angl. off-peak hours) (Balakrishnan idr., 2016). Zaradi običajno majhega izkoristka zmogljivosti, ki jih nudi tak sistem, se klasični HPC sistem zato razširi v oblak, s čimer pridobimo na skalabilnosti dodeljevanja HPC virov, uporabniki (MSP) pa plačajo le za tiste vire, ki jih trenutno potrebujejo (model pay-per-use) (Balakrishnan idr., 2016). Sistem HPC v oblaku je uporabnikom na voljo v obliki modela HPC kot storitev (HPC as a Service) (Balakrishnan idr., 2016). O tem smo že govorili v poglavju 2.2.2., ko smo predstavili modele, ki jih HPC v oblaku nudi, tu pa podrobneje predstavljamo potrebno infrastrukturo. Infrastrukturo sistema HPC v oblaku prikazuje Slika 10:. Slika 10: Arhitekturna zasnova infrastrukture HPC v oblaku Vir: (Li idr., 2011) Arhitekturo sistema HPC v oblaku sestavljajo (Li idr., 2011): . CPU viri – bodisi v obliki fizičnih računskih vozlišč, ki jih predstavljajo strežniki, ali pa v obliki virtualiziranih instanc teh strežnikov;. . Omrežne pomnilniške naprave (omrežni diski za shranjevanje podatkov);. . Strežniki za dostop do storitev (angl. Service Access) – služijo za dostop do spletnega portala;. . Strežnik za upravljanje virov (angl. Resource Manager) – ta je odgovoren za upravljanje in načrtovanje potrebnih HPC virov. Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 24.

(30) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. Magistrsko delo. . Strežnik DHCP/DNS – skrbi za dodeljevanje naslovov IP odjemalcem (v tem primeru računalnikom uporabnikov) in pretvorbo iz IP naslova v spletni naslov;. . Strežnik LDAP – se uporablja za upravljanje uporabniškega računa;. . Različni repozitoriji (repozitorij slik (upravljanje slik operacijskega sistema (OS)), repozitorij programske opreme).. 4.2. PODROČJA UPORABE HPC V OBLAKU HPC v oblaku je prisotno na številnih področjih. Spodaj so našteta nekatera izmed njih (Guest, 2012):      . področje meteorologije (proučevanje podnebja (klimatskih) in vremenskih sprememb), področje znanosti o Zemlji (področje oceanografije), področje znanosti o življenju (angl. life science) in medicina – področje bioinformatike in sistemske biologije, molekularna znanost in strukturna biologija, področje umetne inteligence, kemija in nanoznanosti, področje energije, inženirstvo in industrijske aplikacije.. Našteli smo nekatera glavna področja uporabe HPC v oblaku. Vidimo lahko, da je glede na širok spekter uporabe, tovrstno računalništvo resnično uporabno praktično povsod, zato je pomembno mala in srednje velika podjetja spodbuditi k rabi HPC, da izkoristijo ravojne možnosti, ki jih imajo na voljo, pospešijo delovne procese in s tem konkurirajo velikim organizacijam. Spodaj na kratko predstavljamo nekaj izmed naštetih področij, na katerih se uporablja HPC v oblaku. Pri vsakem področju podamo tudi praktičen primer uporabe. Področje meteorologije in znanosti o Zemlji Ljudje smo se navadili, da so informacije hitro dostopne in vedno na voljo, ko jih potrebujemo. Enako velja za vremensko napoved na področju meteorologije. Za natačno vremensko napoved in podnebne spremembe so potrebne ogromne količine podatkov, na podlagi katerih se gradijo kompleksni napovedni modeli, ki nudijo natančne informacije o vremenskih in podnebnih spremembah. Z uporabo HPC na tem področju pridobimo na natančnejših napovednih modelih. Konkretno, na področju kmetijstva bi bila pri pridelkih manjša izguba zaradi natančnejše napovedi vremena (za daljše časovno obdobje), bolj natančen razpored in manj nesreč zaradi neviht v letalskem prometu, bolj natančna predikcija orkanov, na področju oceanografije pa bi bilo omogočeno hitrejše ukrepanje ob sumu na poplave (cunamiji) (Guest, 2012).. Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 25.

(31) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. Magistrsko delo. Področje znanosti o življenju (angl. life science) in medicina To področje je zanimivo predvsem za farmacevtska podjetja in ustanove, kot so zdravstveni domovi. Farmacevtskim podjetjem bi uporaba HPC doprinesla k hitrejšemu razvoju zdravilnih učinkovin, zdravstveni domovi pa bi z uporabo pridobili na natančnejši analizi in obravnavi pacientov. Vlogo MSP tu predstavljajo zasebne zdravstvene ambulante. HPC na tem področju omogoča razvoj modelov za natančnejše modeliranje človeške strukture in simulacijo dinamike celic. Kot praktični primer uporabe lahko izpostavimo genetske raziskave, kjer bi se tovrstni model lahko uporabil za določitev primernega zdravila pacientu, glede na njegove genske predispozicije (angl. drug re-profiling) in simulacijo toksičnosti na njegove celice (Guest, 2012), kar je prikazano na Sliki 11.. Slika 11: Modeliranje za določitev primernega zdravila in simuliranje toksičnosti zdravila Vir: (Guest, 2012) Področje energije Eno izmed področij, na katerem HPC prav tako igra pomembno vlogo, je področje energije. V zadnjem času je vse večji poudarek na obnovljivih energijskih virih, kot so veter, voda in sonce. HPC se tu uporablja za namene modeliranja in izvedbo simulacij za optimizacijo načrtovanja in distribucije energije. Na področju vetrne energije lahko z uporabo HPC izvedemo simulacijo za napovedovanje pretoka vetra in optimizacijo zasnove turbine (določanje najbolj primerne lokacije vetrne turbine, oblikovanje rezil), na področju vodne energije nam HPC služi za razvoj učinkovitejših izolatorjev za podvodne prenosne kable (približek 1.000.000 V), kar doprinese k manjšim prenosnim izgubam energije na poti, tretji primer pa je sončna energija. HPC se tu uporabi za modeliranje fotovoltaičnih materialov, da se doseže boljša trdnost in temperaturna odpornost, cilj pa je optimizacija proizvodnje, da bi bili ti materiali cenejši za izdelavo (PRACE Scientific Steering Committee, 2018). Dve izmed manjših in srednje velikih evropskih podjetij (MSP) na področju energije sta italijansko podjetje Zeco (Fortissimo, 2015b) in špansko Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 26.

(32) Univerza v Mariboru – Fakulteta za organizacijske vede. Magistrsko delo. zagonsko podjetje Vortex Bladeless (Johnson, 2018). Prvo je specializirano za izdelavo vodnih turbin, drugo pa se je usmerilo v načrtovanje vetrnih turbin. Obe podjetji sta pri svojem delu izkoristili uporabo HPC. Inženirstvo in industrijske aplikacije Zadnje izmed področij, ki ga podrobneje predstavljamo, je področje inženirstva in industrijskih aplikacij (Guest, 2012). To področje je zanimivo predvsem za proizvodna in tehnološka MSP, kjer glavnino predstavljata razvoj in proizvodnja tehnoloških izdelkov in materialov. Kot primer lahko izpostavimo švedsko MSP podjetje Koenigsegg (Fortissimo, 2018c). Osnovna dejavnost podjetja je razvoj in proizvodnja visoko zmogljivih in kakovostnih avtomobilov. V podjetju posebno pozornost posvečajo analizi vpliva zračnih tokov na vozilo. Fizična izvedba prototipa in testiranje sta zelo draga, zato so se odločili za računalniško simulacijo, ki odpravlja potrebo po tem. Pri načrtovanju aerodinamičnosti je pomembna natančnost, ki zahteva ogromno računalniške moči, kar nudi HPC. Uporaba HPC je podjetju doprinesla k učinkovitejšemu načrtovanju aerodinamike vozila (v obliki simulacije zračnih tokov), brez potrebe po fizičnem prototipu in s tem k hitrejšemu doseganju rezultatov. Ker gre pri HPC v oblaku za model porabi, kolikor plačaš (pay-per-use), so vire HPC najeli za določen čas in se izognili visokim stroškom, ki bi sicer nastali, če bi imeli lastno infrastrukturo. Za fizično infrastrukturo bi moralo podjetje odšteti približno 200.000 do 300.000 EUR, za letno vzdrževanje pa bi bilo potrebnih približno 100.000 EUR. Najem HPC virov je za podjetje cenejše (900 EUR/simulacijo), saj plačajo za storitve HPC le, ko jih potrebujejo. Prihranek lahko tako namenijo za razvoj novih vetrovnih tunelov. Iz zgornjih primerov lahko vidimo, da je uporaba HPC (v navezavi z oblakom) aktualna na številnih področjih. Naj na tem mestu dodamo, da je raba HPC v oblaku v zadnjem času aktualna predvsem za mala in srednja podjetja, ki običajno potrebujejo vire HPC le za kratek čas, ko se izkaže potreba po večji računalniški moči, kjer vire enostavno najamejo in se tako izognejo stroškom postavitve lastne infrastrukture. V nadaljevanju izpostavljamo ključne deležnike na področju uporabe HPC v povezavi z oblakom ter pomembnost usposobljenosti.. 4.3. POMEMBNOST USPOSOBLJENOSTI Največji problem malih in srednje velikih podjetij pri izkoriščanju prednosti, ki jih nudi HPC v oblaku, je premajno (nezadostno) znanje o tem področju. Na podlagi prejšnjih primerov smo lahko videli, da tovrstna podjetja vire v glavnem najemajo, saj zelo malo teh podjetij vlaga v izobraževanje zaposlenih na tem področju. Večina zaposlenih tako ne ve, kaj HPC sploh je in kaj nudi v povezavi z oblakom. Menimo, da bi z izobraževanjem zaposlenih na tem področju podjetja pridobila poleg znanja tudi na varnosti podatkov, saj bi bile vse informacije in podatki v celoti dostopni le na infrastrukturi znotraj podjetja, če bi se odločila za lastno infrastrukturo, v primeru najema pa podjetja lahko tvegajo možno izgubo podatkov, saj gre za popolno zaupanje v smeri storitev podjetje – ponudnik. Seveda pa velja, da popolne varnosti ni nikjer. Blaž Gašperlin: Analiza priložnosti zelo-zmogljivega računalništva za mala in srednja podjetja. stran 27.

No results found