Euroopan seuraava teollinen harppaus rakentuu digitaalisille järjestelmille

Tekoälysirujen kasvun seuraava aalto syntyy pilvipalveluja pyörittävien datakeskusten sijaan fyysisen tekoälyn sovelluksissa. Se tarkoittaa tekoälyä, joka havainnoi ympäristöään, tulkitsee tietoa ja toimii reaaliajassa esimerkiksi roboteissa, autonomisissa koneissa, ajoneuvoissa, drooneissa, teollisuuslaitteissa ja muissa sulautetuissa järjestelmissä.

Digitaalisista järjestelmistä on tulossa modernia yhteiskuntaa ylläpitävä näkymätön perusta. Ne auttavat koneita havainnoimaan, päättämään ja toimimaan. Niiden avulla sairaudet voidaan havaita aiemmin ja hoito räätälöidä yksilöllisemmin. Ne auttavat myös muodostamaan ajantasaisen tilannekuvan esimerkiksi liikennehäiriöissä ja kriisitilanteissa.

Tämä kaikki edellyttää monia toisiaan täydentäviä syväteknologioita: Edistykselliset anturit havainnoivat fyysistä maailmaa. Reunalaskenta käsittelee tietoa lähellä sen syntypaikkaa. Tehoelektroniikka ohjaa energian käyttöä. Lisäksi tarvitaan turvallisia tietoliikenneyhteyksiä ja laajamittaista laskentakapasiteettia. 

VTT:lle tämä ei ole kaukainen teknologiatrendi, vaan olennainen osa tehtäväämme rakentaa Euroopan teknologista kilpailukykyä ja kriisinkestävyyttä. Kehitämme tieteen, teollisuuden ja yhteiskunnan rajapinnassa uusista digitaalisista kyvykkyyksistä käytännön ratkaisuja, jotka ovat suorituskykyisiä, skaalautuvia, turvallisia ja kestäviä.  

Suomella ja Euroopalla on vahvaa osaamista mikroelektroniikassa, tietoliikenteessä, suurteholaskennassa ja kvanttiteknologioissa. Seuraavaksi nämä osaamisalueet on yhdistettävä luotettaviksi, teollistettaviksi ja vaikuttaviksi järjestelmiksi siellä, missä niillä on eniten merkitystä.

Fyysistä tekoälyä hyödyntävien laitteiden on havainnoitava ympäristöään, tulkittava signaaleja reaaliajassa ja toimittava turvallisesti muuttuvissa olosuhteissa. Tämä edellyttää kehittyneitä antureita, reunatekoälysiruja, sulautettuja ohjelmistoja, turvallisia ohjausjärjestelmiä ja energiatehokasta tehoelektroniikkaa.

Terveysteknologian ratkaisut edellyttävät luotettavaa dataa. Diagnostiikka, puettavat laitteet, kuvantaminen, etäseuranta ja älykkäät sairaalajärjestelmät perustuvat ihmiskehosta ja hoitoympäristöstä kerättävään dataan. Arvo syntyy siitä, että data kerätään tarkasti, analysoidaan tarvittaessa lähellä potilasta ja suojataan koko järjestelmässä. Kehittyneet anturit, energiatehokas elektroniikka ja luotettava reunalaskenta voivat tehdä hoidosta ennakoivaa, yksilöllistä ja saavutettavaa.

Puolustus- ja turvallisuussovelluksissa korostuvat nopeus, tarkkuus ja turvallisuus. Nykyaikainen puolustuskyky perustuu hajautettuun havainnointiin, autonomisiin alustoihin, häiriöitä sietäviin tietoliikenneyhteyksiin, elektronisiin järjestelmiin ja datan nopeaan tulkintaan. Järjestelmien on toimittava turvallisesti myös häirityissä olosuhteissa, rajallisten yhteyksien ja niukan energian varassa. Siksi reunalaskenta, toimintavarma tehoelektroniikka ja omavarainen mikroelektroniikka ovat keskeisiä suorituskyvylle, kriisinkestävyydelle ja strategiselle autonomialle.

Kun data on tuotettu, se on siirrettävä ja yhdistettävä turvallisesti.  

Tulevaisuuden digitaaliset järjestelmät perustuvat heterogeenisiin verkkoihin, jotka yhdistävät laitteet, tehtaat, sairaalat, ajoneuvot, puolustusalustat ja satelliitit. Maanpäällisten 5G- ja 6G-verkkojen, teollisuusverkkojen, pilvi- ja satelliittiyhteyksien on toimittava yhtenä häiriönsietokykyisenä kokonaisuutena.

Avaruuspohjaiset yhteydet täydentävät maanpäällisiä verkkoja etätoiminnoissa, meri- ja arktisissa ympäristöissä, kriisinhallinnassa ja puolustuksessa. Samalla ne välittävät arvokasta maanhavainnointi-, paikannus- ja aikadataa. Haasteena on yhdistää yhteydet ja data turvallisiin, sovelluskohtaisiin järjestelmiin, jotka toimivat yli rajojen eri olosuhteissa.

Suuret datamäärät siirtyvät energiatehokkaasti ja nopeasti valon avulla optisissa kuiduissa. Optiset verkot käytetään esimerkiksi datakeskusten välisissä tietoliikenneyhteyksissä sekä datakeskusten ja langattomien verkkojen välillä. Euroopan on kehitettävä kriittisiinkin toimintaympäristöihin soveltuvia teknologioita, jotka ovat nopeita, luotettavia ja energiatehokkaita.

Fyysinen tekoäly, terveysteknologia ja puolustus tuottavat yhä enemmän monimutkaista dataa. Osa on käsiteltävä heti sen syntypaikan lähellä, esimerkiksi laitteessa tai paikallisessa järjestelmässä - osa tallennetaan myöhempää käyttöä, tekoälymallien kouluttamista ja simulointeja varten.  

Euroopan tekoälyjättitehtaat tarjoavat tähän laajamittaista laskentakapasiteettia. Euroopan komission mukaan ne lisäävät edistyneiden tekoälymallien kouluttamiseen, hienosäätöön, päättelyyn ja käyttöönottoon tarvittavan infrastruktuurin saatavuutta. Samalla ne vahvistavat Euroopan teknologista autonomiaa ja eurooppalaisten puolijohteiden kysyntää.

Tulevaisuuden laskenta yhdistää suurteholaskennan, tekoälyn ja kvanttilaskennan hybridijärjestelmiksi. VTT vahvistaa kvanttiteknologian ekosysteemiä, kehittää kvanttilaskennan algoritmeja ja panostaa kvanttikoneiden skaalaamiseen tarvittavaan uuden teknologian kehittämiseen.  

Suomen ensimmäisestä viiden kubitin järjestelmästä on edetty 20 kubittiin ja nykyiseen VTT Q50 -järjestelmään. IQM on toimittanut VTT:lle 150 kubitin suprajohtavan kvanttitietokoneen, joka on parhaillaan asennusvaiheessa. Tämä on tärkeä askel kohti 300 kubitin järjestelmää. Järjestelmät liitetään Suomen suurteholaskennan infrastruktuuriin tukemaan hybridilaskentaa.

Teollisuudelle olennaista ei ole se, mikä teknologia voittaa, vaan miten tekoäly, suurteholaskenta ja kvanttilaskenta yhdistetään toimiviksi kokonaisuuksiksi.  

Tekoäly oppii datasta, suurteholaskenta simuloi ja optimoi järjestelmiä, ja kvanttilaskenta voi tarjota uusia ratkaisuja esimerkiksi optimointiin, materiaalikehitykseen, kemiaan prosesseihin ja koneoppimiseen, kun klassiset menetelmät saavuttavat rajansa. 

Uuden sukupolven digitaalisissa järjestelmissä menestyvät toimijat, jotka hallitsevat koko teknologiapinon ja vievät uudet sirut, komponentit ja järjestelmät laboratoriosta pilotointiin ja tuotantoon. Anturit, reunalaskenta ja tehoelektroniikka auttavat järjestelmiä havainnoimaan ympäristöään ja toimimaan tehokkaasti. Tietoliikenneyhteydet siirtävät ja tekoälyjättitehtaat, jalostavat sen malleiksi, simulaatioiksi ja uudeksi tiedoksi.

VTT kehittää koko teknologiapinoa yhdessä teollisuuden, startup-yritysten, julkisen sektorin ja eurooppalaisten ekosysteemien kanssa. Jalostamme tieteelliset läpimurrot digitaalisiksi järjestelmiksi, jotka synnyttävät uutta liiketoimintaa sekä vahvistavat kilpailukykyä, omavaraisuutta, kriisinkestävyyttä ja turvallisuutta.  

Asiantuntijamme ja teknologiaympäristömme auttavat yrityksiä jalostamaan tieteelliset läpimurrot toimiviksi konsepteiksi, pilottituotannoksi ja kaupalliseksi valmistukseksi.  

Euroopan digitaalinen suvereniteetti ei synny yksittäisistä teknologioista vaan toimivista kokonaisuuksista todellisissa käyttöympäristöissä. VTT kokoaa näihin tarvittavat teknologiat, kumppanit ja tutkimusympäristöt, jotta ratkaisut voidaan ottaa laajaan käyttöön.