Výzkum od molekul až k robotům: CIIRC ČVUT uvedl do plného provozu nový AI výpočetní cluster centra CLARA

Instalace byla dokončena v druhé polovině roku 2025, poté cluster prošel několikaměsíčním testováním a doplněním o další komponenty. Dnes tvoří klíčovou součást tzv. CLARA Testbedu - distribuované výzkumné infrastruktury centra excelence CLARA, které propojuje CIIRC ČVUT, INDRC, VŠB - Technickou univerzitu Ostrava a Mezinárodní centrum klinického výzkumu (ICRC) v Brně s předními evropskými partnery, Paris Brain Institute (PBI) a Leibnizovým superpočítačovým centrem (LRZ) v Mnichově.

"Cluster nám dovoluje pracovat na problému neurodegenerace hned ze dvou stran. Na jedné straně vyvíjíme modely umělé inteligence, které umožňují ve velkém měřítku zkoumat chování bílkovin spojených s Alzheimerovou chorobou a hledat molekuly, jež by je mohly ovlivnit. Na druhé straně vyvíjíme metody, které mají naučit roboty rozumět lidskému pohybu a pomáhat lidem, kteří pomoc potřebují. Tato výpočetní infrastruktura nám umožňuje dosáhnout výsledků, které by jinak zůstaly mimo naše možnosti," uvádí prof. Josef Šivic, který na CIIRC ČVUT vede výzkum v rámci centra CLARA.

Porozumět nemoci: modely bílkovin a hledání účinných látek

Prvním směrem je vývoj výpočetních metod pro molekulární biologii. CIIRC ČVUT je vyvíjí ve spolupráci s ICRC v Brně, které se dlouhodobě zabývá apolipoproteinem E - bílkovinou, jejíž varianta ApoE4 je nejsilnějším známým genetickým rizikovým faktorem Alzheimerovy choroby. S využitím nového výpočetního clusteru týmy společně hledají látky, které by zamezovaly patologickému shlukování bílkoviny ApoE4. Vzniká tu metoda spojující dva dosud oddělené přístupy - přesné, ale pomalé fyzikální výpočty a rychlé modely umělé inteligence. Výsledkem je nástroj, který prohledá rozsáhlé knihovny molekul, tedy možných léků, rychle a přitom spolehlivě. Vybrané molekuly se následně testují experimentálně v laboratořích ICRC v Brně. Souběžně vznikají generativní modely, které navrhují zcela nové molekuly přímo ve vazebném místě cílové bílkoviny. Jedná se o přístup, který má v další fázi zamířit právě na apolipoprotein E.

Umělá inteligence pro robotiku

Druhým směrem, který nová infrastruktura umožňuje, je vývoj metod umělé inteligence pro robotiku. Trénování rozsáhlých robotických modelů patří k výpočetně nejnáročnějším úlohám v oboru a bez odpovídající infrastruktury je prakticky nedostupné.

Týmy CIIRC ČVUT na clusteru pracují mimo jiné na tzv. modelech světa - modelech, které robotovi umožní předem si představit, co se ve scéně po jeho akci stane, a podle toho se rozhodnout. Zároveň se zabývají tím, jak rozsáhlé robotické modely naučit novým dovednostem, aniž by přitom ztratily schopnosti, které zvládaly dosud.

Tyto metody mají do budoucna najít uplatnění v asistivních technologiích. CIIRC ČVUT v rámci projektu CLARA modernizuje laboratoř asistivních technologií, jejíž součástí je systém pro komplexní analýzu lidského pohybu i asistivní byt - modelová domácnost, ve které lze zkoušet, jak mohou technologie podpořit člověka s neurodegenerativním postižením v běžném prostředí.

Infrastruktura se uplatní i v dalších směrech, na kterých CIIRC ČVUT v rámci centra CLARA pracuje - například v pokročilém zpracování obrazových dat mozku, jemuž se v rámci institutu věnuje Milan Němý, nebo v analýze elektrofyziologických signálů mozku, kterou zde rozvíjí výzkumný tým pod vedením Václava Křemena z americké Mayo Clinic.

Technické řešení

Výzkumné týmy v posledních letech čelily rychle rostoucím nárokům na zpracování biologických, obrazových a pohybových dat. Dosavadní výpočetní infrastruktura jim už nedokázala vyhovět z hlediska výkonu, škálovatelnosti ani provozní spolehlivosti.

Cluster byl dodán jako plně integrované řešení společností M Computers ve spolupráci se společností Hewlett Packard Enterprise na základě veřejného výběrového řízení. Architektura byla navržena speciálně pro potřeby centra CLARA tak, aby spojovala vysoký výpočetní výkon, efektivní správu a možnost dalšího rozšiřování.

"Naším cílem nebylo pouze dodat vysoký výkon, ale vytvořit stabilní a dlouhodobě udržitelnou platformu, která bude schopna růst společně s potřebami vědeckého výzkumu. Kombinace NVIDIA GPU technologií, enterprise infrastruktury HPE a otevřeného softwarového ekosystému představuje řešení, které je v českém akademickém prostředí výjimečné," říká Vojtěch Šubrt, Sales Manager společnosti M Computers.

CLARA GPU cluster na CIIRC ČVUT v číslech

• Výpočetní výkon: až 260 PFLOPS (AI FP8/FP16)
• GPU paměť: 9 TB
• GPU akcelerátory: 48x NVIDIA H200 a 48x NVIDIA L40S
• Úložiště: HPE Clusterstor E1000, LUSTRE paralelní souborový systém, kombinující točivé a all-flash diskové pole o velikosti 3.5PB, dosahující 250GB/s čtení a 200GB/s zápis
• Síť: InfiniBand NDR 400 Gb/s
• Příkon: až 110 kW

Zařízení bylo pořízeno z prostředků Operačního programu Jan Amos Komenský (OP JAK) v rámci projektu CLARA - Centrum pro umělou inteligenci a kvantové výpočty v systémovém výzkumu mozku (reg. č. CZ.02.01.01/00/23_029/0008437).