Zprostředkováváme efektivní využití naší špičkové národní superpočítačové infrastruktury za účelem zvýšení konkurenceschopnosti a inovativnosti české vědy a průmyslu. IT4Innovations primárně poskytuje výpočetní čas výzkumníkům a akademickým pracovníkům z České republiky v rámci veřejné grantové soutěže. V rámci této soutěže bylo v letech 2013—2020 podpořeno 902 projektů v celkovém objemu 1,027 miliard jádrohodin, přičemž požadavky výzkumníků v tomto období přesáhly 1,404 miliard jádrohodin (jádrohodina = jedno procesorové jádro na hodinu).

Vybrané ukazatele

Počty projektů v jednotlivých vědních oblastech v 2020 [%]

 

 

Využití superpočítače jednotlivými institucemi v 2020 [%]

 

 
10+
 institucí využívajících výpočetní čas
2 000+
uživatelů
530+
 projektů na výp. času
550+
miliónů jádrohodin

Co se u nás počítá

Podporujeme špičkový výzkum a inovace ve všech vědních oblastech.

Vybrané projekty z 21. Veřejné grantové soutěže


Generace záření ultra-intenzivními laserovými pulsy

Výzva: 21. Veřejná grantová soutěž
Hlavní řešitel: Róbert Babjak
Instituce: Ústav fyziky plazmatu Akademie věd České republiky
Oblast: Fyzika

Pokrok ve vývoji laserových pulzů s délkou desítek femtosekund umožnil výzkum relativistické interakce plazmatu s elektromagnetickým polem. Elektrony ionizovaného plynu v poli intenzivního pulzu mohou být při vhodně zvolené konfiguraci efektivně urychlované na vysoké energie na omnoho kratších vzdálenostech v porovnání s konvenčními urychlovači částic. Takové ultra-relativistické elektrony jsou schopné vyzářit nezanedbatelnou část své energie ve formě rentgenového až gamma záření.  Tímto procesem ztrácejí získanou energii, což zdánlivě působí v neprospěch urychl ování. Ukazuje se však, že ztráta energie zářením, nazývaná též radiační útlum, ulehčuje elektronům dostat se do podmínek vhodných pro urychlování a tím výrazně zvyšuje účinnost celého procesu. Proto je nutné najít co nejvhodnější způsob absorpce energie laserového pulzu elektrony, který bude využívaný v budoucích urychlovačích a zdrojích energetického záření. Cílem projektu je zkoumat konfigurace, které by mohly být pro tento typ aplikace nejvhodnější, pomocí 3D particle-in-cell kódu Osiris.


Čím dál tím více se ukazuje, že v dnešní záplavě dat je těžké najít relevantní dokument obsahující informace, které hledáme. Došli jsme do stavu, že je pro člověka těžko uchopitelné vyhledávání informací bez použití automatického nástroje, jakým je například vyhledávač. Dokonce však i za použití vyhledávače dostáváme velké množství dokumentů o jejichž relevanci už musí rozhodnout sám uživatel. S tímto problémem mohou pomoci klíčové fráze, které přibližují obsah dokumentu v kompaktní formě. Běžná klíčová fráze má několik málo slov. Pokud se jedná pouze o jedno slovo nazýváme ji známějším pojmem, a to sice klíčovým slovem.

V našem projektu se zaměřujeme na získávání klíčových frází z rozsáhlých (průměrně přes 83 000 slov) dokumentů v českém jazyce jako jsou knihy. Použité dokumenty jsou navíc zatíženy chybami, jelikož byly vytvořeny automatickou digitalizací. Extrahované klíčové fráze z tohoto druhu dokumentů by mohly být mimo jiné použity knihovnicemi a knihovníky při jejich práci.

Pro hledání klíčových frází používáme rozsáhlé neuronové sítě, které jsou schopny vytvořit kontextově závislé reprezentace slov. Na základě těchto reprezentací následně síť rozhodne, zdali danou sekvenci slov lze považovat za klíčovou frázi.


Transfer learning pro extrakci klíčových frází 

Výzva: 21. Veřejná grantová soutěž
Hlavní řešitel: Ing. Martin Dočekal
Instituce: Fakulta informačních technologií VUT v Brně
Oblast: Informatika



Termochemicky řízená konvekce a dynama pracující při nízkých číslech Ekmana

Výzva: 21. Veřejná grantová soutěž
Hlavní řešitel: RNDr. Ján Šimkanin, PhD.
Instituce: Geofyzikální ústav Akademie věd České republiky
Oblast: Vědy o Zemi

Zemské magnetické pole je jedním z nejproměnlivějších geofyzikálních polí. Poskytuje nám účinnou ochranu před slunečními erupcemi a je užitečným nástrojem pro navigaci nejen pro nás, lidi, ale také pro zvířata. Zemské magnetické pole je generováno konvektivními pohyby elektricky vodivé taveniny ve vnějším jádru Země a proniká na povrch Země, kde jej pozorujeme jako velkoškálové dipólové pole. Tyto generační procesy se v krátkosti nazývají Geodynamo. Nemáme však žádné přímé informace o magnetickém poli v zemském jádru, z tohoto důvodu modelujeme magnetohydrodynamické procesy ve vnějším jádru Země numericky. Numerické modely Geodynama produkují magnetická pole, která jsou blízká pozorovanému geomagnetickému poli. Jsme také schopni reprodukovat jeho časové změny, ať už krátkodobé nebo dlouhodobé (tzv. sekulární variace). V našich modelech však nemůžeme použít parametry typické pro zemské jádro z výpočetních důvodů - zatím není na světě žádný superpočítač, který by dokázal vyřešit model Geodyna s takovýma hodnotami. Postupně se však k těmto hodnotám přibližujeme a jedním z přiblížení je také modelování termochemické konvekce a termochemicky poháněného hydromagnetického dynama při nízké viskozitě kapaliny.


Řešený projekt je součástí tříletého projektu ExaQUte, který vyvíjí nové metody umožňující řešení komplexních inženýrských problémů pomocí numerických simulací s využitím budoucích Exascale systémů. Cílem je vytvořit platformu umožňující kvantifikaci neurčitosti (Uncertainty Quantification, UQ) a optimalizaci s uvážením nejistot (Optimization Under Uncertainties, OUU) při řešení komplexních inženýrských problémů.

Řešení úloh UQ a OUU se opírají o odhad neznámých veličin na základě provedení mnoha nezávislých simulací pro různé scénáře. K provedení těchto analýz je však zapotřebí mnoho výpočetních zdrojů. Nezávislé vzorkování nicméně umožňuje vysokou paralelizaci analýz s cílem efektivního využití výkonu superpočítačů.

Metody a nástroje vyvinuté v rámci projektu ExaQUte budou použitelné v mnoha oblastech vědy a techniky. Aplikace vybraná jako demonstrátor se zaměřuje na větrné inženýrství, pro které v současné době neexistuje žádné spolehlivé řešení. Vyvíjené řešení zahrnuje kvantifikaci neurčitosti v odezvě stavebních konstrukcí na působení větru a tvarovou optimalizaci zohledňující nejistoty související se zatížením větrem, tvarem konstrukce a chováním materiálu. Vítr hraje také důležitou roli při posuzování komfortu občanů, zejména pokud se mají realizovat rozsáhlé stavby (např. přestavba městských oblastí, výstavba výškových budov) – výstupy projektu jsou tak ve veřejném zájmu.


Validace exascale demonstrátorů

Výzva: 21. Veřejná grantová soutěž
Hlavní řešitel: Ing. Tomáš Karásek, Ph.D.
Instituce: IT4Innovations, VŠB-TUO
Oblast: Inženýrství



Hledání sensitizérů singletového štěpení

Výzva: 21. Veřejná grantová soutěž
Hlavní řešitel: Diego López-Carballeira, Ph.D.
Instituce: Fakulta elektrotechnická, ČVUT
Oblast: Materiálové vědy

 

Singletové štěpení je proces, který umožňuje molekulám generovat dva tripletové excitované stavy absorpcí jediného fotonu. Tato vlastnost přináší velké výhody pro výrobu solární energie a vědecká komunita se usilovně snaží získat nové sensitizéry (tj. materiály, které jsou schopny absorbovat světlo a procházet popisovaným procesem), které by mohly zvýšit účinnost budoucích fotovoltaických zařízení.

Bohužel všechny tyto snahy byly marné a těch několik málo molekul, u nichž bylo prokázáno účinné štěpení singletů, postrádá fotostabilitu potřebnou pro použití v reálném zařízení. S cílem najít nové adepty použitelné jako sensitizéry singletového štěpení používá naše skupina vysokoúrovňové kvantové výpočty pro screening rozsáhlých databází. Díky 6,9 milionu jádrohodin, které poskytuje IT4Innovations, je možné vyhledávat mezi množstvím známých molekul uložených v databázích, modelovat jejich elektronickou strukturu a vybírat ty, u nichž se zjistí, že vhodné pro singletové štěpení.

Výpočty mají poskytnout seznam snadno dostupných sloučenin kompatibilních s procesem singletového štěpení a zúžit tak počet kandidátů, kteří budou následně testováni nákladnými teoretickými a experimentálními přístupy. 


Astronomická pozorování v uplynulých letech umožnila detekci tisíců planet mimo naši sluneční soustavu, takzvaných exoplanet, jejichž původ zahaluje celá řada otázek. Početnou skupinu exoplanet tvoří planety s krátkou oběžnou dobou (tedy obíhající v těsné blízkosti mateřské hvězdy), jejichž hmotnosti typicky dosahují několika hmotností Země (označují se jako superzemě nebo minineptuny).

V projektu budeme provádět počítačové hydrodynamické simulace raného vývoje takovýchto planet vnořených v zárodečném plynoprachovém disku. Budeme studovat proces migrace planet, kdy gravitace struktur vznikajících v disku mění oběžné dráhy planet.

Cílem projektu je pochopit, za jakých podmínek mohou superzemě a minineptuny „domigrovat“ na oběžné dráhy s krátkou oběžnou dobou. Abychom správně modelovali prostředí, ve kterém se planety vyvíjejí, je třeba realisticky popsat fyzikální podmínky na vnitřním okraji plynného disku (viz obrázek). Rozložení plynu na vnitřním okraji disku závisí na souhře mnoha procesů, jako je zahřívání zářením mateřské hvězdy, magnetohydrodynamická turbulence, přenos energie zářivou difuzí, vypařování prachových zrn a s ním související (ne)průhlednost prostředí.


Hydrodynamické interakce planet s protoplanetárními disky a původ těsných exoplanetárních soustav 

Výzva: 21. Veřejná grantová soutěž
Hlavní řešitel: RNDr. Ondřej Chrenko, Ph.D.
Instituce: Astronomický ústav Univerzity Karlovy
Oblast: Astrofyzika

 

Obrázek: Teplota plynu na vnitřním okraji protoplanetárního disku (v řezu k oběžné rovině disku; celý disk si můžeme představit „roztočením“ obrázku kolem svislé osy).