Supercomputer, il ruolo dell’Italia nella competizione europea e globale | Agenda Digitale

EuroHPC JU

Supercomputer, il ruolo dell’Italia nella competizione europea e globale

L’Italia è uno dei Paesi fondatori della partnership strategica pubblico-privato EuroHPC JU e deputati allo sviluppo di un supercomputer “pre-exascale”, destinato a divenire uno dei cinque più potenti al mondo. Si chiamerà Leonardo e verrà realizzato (e collocato) presso il Tecnopolo di Bologna

12 Mag 2021
Federico Muzzati

Analista dell’Area Digitale&ICT di AWARE Think Tank

L’Italia riveste una posizione di spicco nella partnership strategica tra pubblico e privato, nata il sei novembre 2018 (la cui sede si trova a Lussemburgo), denominata EuroHPC JU, acronimo di “European High-Performance Computing Joint Undertaking”, traducibile correttamente come “impresa comune europea per il calcolo ad alte prestazioni”.

Il nostro è infatti uno dei Paesi fondatori e deputati allo sviluppo di un supercomputer “pre-exascale” (precursore della tecnologia “exascale”), destinato a divenire uno dei cinque più potenti al mondo (si stima che dovrebbe classificarsi tra le prime cinque posizioni della classifica TOP500).

Più specificamente, questo, denominato Leonardo, verrà realizzato (e collocato) presso il Tecnopolo di Bologna (rectius: Casalecchio di Reno) con la collaborazione e il supporto strategico della francese Atos e della statunitense Nvidia.

Inizialmente, la sua entrata in funzione era stata prevista per i primi mesi dell’anno corrente, ma poi, è stata posticipata (in quanto i lavori sono partiti “solo” a novembre 2020), e si ritiene che entro la fine dello stesso potrà essere già operativo (nel mentre, il venti aprile è stato presentato a Maribor in Slovenia il primo supercomputer realizzato dall’EuroHPC, Vega, un “petascale”).

Il ruolo dell’Italia: Leonardo, CINECA e il Tecnopolo di Bologna

Il supercalcolatore sarà gestito da CINECA, un consorzio interuniversitario senza scopo di lucro formato da ben novantasei enti pubblici, tra cui figurano il MIUR, il Ministero dell’Istruzione, sessantanove atenei e venticinque istituzioni pubbliche nazionali; oggi, tale ente è certamente il maggior centro di calcolo in Italia, nonché uno dei principali a livello globale, e può contare su cinque sedi (Milano, Roma, Bologna, Napoli e Chieti) e oltre ottocento dipendenti, al servizio del sistema accademico e della ricerca nazionale.

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Super-calcolo e AI contro il Covid-19: il contributo dell’Italia

Ma, andando ora a prendere in considerazione, nel dettaglio, la nascita e lo sviluppo del progetto, è bene porre in luce come questo sia stato lanciato nel 2018, e derivi dalla risultante di un investimento congiunto della Commissione UE (rectius: EuroHPC) e dell’Italia (melius: del Ministero dell’Istruzione) di duecentoquaranta milioni di euro, mentre il Tecnopolo felsineo è stato scelto come hosting entity sulla base di un accordo intercorso tra il MIUR, CINECA, INFN, SISSA, con il “patrocinio” della Regione Emilia-Romagna e la “data valley”, ove è già concentrata oltre il 70% della potenza di calcolo nazionale.

Qualche mese fa, durante una conferenza stampa congiunta (ove erano presenti l’ex Ministro dell’Università Gaetano Manfredi, il direttore generale della DG Connect presso la Commissione UE Roberto Viola e il Direttore Generale di CINECA David Vannozzi) sono state svelate alcune delle sue principali caratteristiche tecniche; il cuore pulsante di Leonardo sarà composto da ben 14000 processori accelerati GPU di Nvidia, tecnologia BullSequana XH2000 di Atos (per la connessione dei 1536 nodi CPU con processori Intel Xeon Sapphire), occuperà una superficie di circa 1500 metri quadrati e avrà una RAM di oltre 3 PB, con un consumo di 9000 kW di energia elettrica.

Potrà inoltre contare sui dieci EXAFLOPS AI FP16, ove con FP16 si vuol significare “Half-precision floating-point” a 16 bit, dunque, un numero binario occupante 16 bit.

Ciò fa sì che sia possibile eseguire un numero elevatissimo di calcoli, senza però una precisione ossessiva, che, in questo caso, rallenterebbe i processi di elaborazione con dati “spazzatura”, derivanti da un’eccessiva meticolosità, in questa circostanza, ultranea e dannosa.

Ancora, per comprendere le proprie performance, questo sarà in grado di eseguire 250 milioni di miliardi di operazioni al secondo (prestazioni HPL aggregate pari a 250 Pflop) e sarà dotato di una capacità di archiviazione di oltre 100 Petabyte; ciò gli permetterà di essere circa dieci volte più prestazionale del Marconi-100 (di CINECA), che, attualmente, si pone alla nona posizione nella classifica mondiale dei sistemi di supercalcolo.

In conclusione, Leonardo, accanto agli altri due supercomputer sviluppati da Finlandia e Spagna, sarà parte integrante della rete europea di supercalcolo che proietterà (a breve termine) l’UE quale uno dei principali leader del settore, con il primario obiettivo di migliorare e efficentare sempre di più alcuni ambiti dello scibile umano, sciogliendo nodi e incertezze che oggigiorno sembrano indistricabili e meramente utopici, in tempi quanto mai “istantanei”.

I principali benefici e applicazioni pratiche

Dopo aver meglio indagato e compreso le caratteristiche e le peculiarità eminentemente tecniche di queste portentose risorse (melius: di una di queste, Leonardo) al servizio del futuro, appare utile andare a meglio approfondire le ricadute pratiche che potranno esplicare, tentando di porre in evidenza quali (oggigiorno) possano essere i maggiori benefici (anche immediati) per la popolazione e per il comparto industriale e scientifico.

Anzitutto, i supercomputer stanno ricoprendo, ormai da qualche anno, un ruolo chiave nel settore medicale e in quello dei trattamenti sanitari e farmacologici, in quanto permettono di sintetizzare nuovi farmaci, predisporre terapie ad hoc, personalizzate e mirate, sulla base dei bisogni dei singoli pazienti, affetti (in ispecie) da: neoplasie, patologie genetiche rare, disturbi cardiovascolari ovvero neurodegenerativi, quali una nota demenza, l’Alzheimer.

E, come si può ben intuire, questi, nell’attuale situazione pandemica, sono del tutto impreteribili, poiché costituiscono una potente arma per la cura del Covid-19 e per la prevenzione della diffusione del virus, grazie alla possibilità di sperimentazione di nuove molecole farmacologiche, ma anche di comprendere la genesi, lo sviluppo e l’evoluzione di eventi epidemici e di malattie virali.

Non solo, il supercalcolo è di cruciale importanza anche nel settore della meteorologia, in quanto è in grado di elaborare previsioni alquanto precise e accurate, simulando anticipatamente gli effetti degli eventi atmosferici più temibili, quali tempeste e inondazioni, predicendo la loro intensità e portata.

Ciò permette di adottare misure preventive e precauzionali, potendo così mettere in sicurezza intere aree e territori, salvando molteplici vite umane, oltre a ridurre (quanto più possibile) i danni ai beni privati e alle dotazioni infrastrutturali pubbliche.

Di più, grazie alle operazioni svolte da questi supercalcolatori, è possibili gestire le conseguenze avverse derivanti da un fenomeno di stretta attualità, il cambiamento climatico, migliorando la conoscenza e la consapevolezza degli iter con cui si estrinsecano i processi geofisici, monitorando lo stato di evoluzione delle risorse terrestri, riducendo l’impatto nocivo delle industrie sull’ecosistema circostante (flora e fauna), incentivando, infine, il ricorso a sistemi di coltivazione sostenibile.

Tra le molteplici applicazioni pratiche dei supercomputer, rientra certamente a pieno titolo anche la protezione della sicurezza nazionale, in quanto, questi, sono impiegati per aumentare il livello di tutela contro gli attacchi informatici e prevenire la cyber criminalità, ponendo, in questo modo, al riparo le infrastrutture critiche degli Stati.

Altri campi del sapere in cui trovano pieno utilizzo sono (indubbiamente): la produzione industriale, in particolare l’automotive, il settore aerospaziale e delle energie rinnovabili, permettendo il raggiungimento di un duplice obiettivo (apparentemente ossimorico), aumentare la produttività e il suo valore, e al contempo, ridurre l’impatto sociale e ambientale dei processi produttivi, grazie alla loro ottimizzazione.

Alcuni esempi paradigmatici sono certamente identificabili nell’immissione in commercio di veicoli sempre meno inquinanti e performanti (“green”), oltre allo sviluppo di pannelli e dispositivi fotovoltaici, edifici gestiti mediante l’automatizzazione digitale (smart building) e turbine all’avanguardia per l’ottenimento di energia elettrica.

Insomma, appare proprio come non vi sia alcuna conoscenza e materia nota all’uomo che non sia (già) stata incisa dall’intervento facilitatore e benefico dei supercomputer.

Conclusioni

L’interesse e lo stato di sviluppo di queste incredibili infrastrutture digitali è sempre crescente, tant’è che ogni anno (dal 2019) viene organizzato un incontro, aperto a tutti i vari stakeholders (ma non solo, anche a chiunque abbia un qualsiasi interessamento, finanche non qualificato), l’EuroHPC Summit Week (EHPCSW), ove illustri esponenti dei settori accademici e industriali (ingegneristici) dibattono, con l’intento di condividere quante più informazioni utili e cruciali possibili, al fine di rafforzare ancor di più questo strumento tecnologico, che come si è già compreso, rappresenta una delle chiavi per affrontare le imminenti sfide del futuro.

Quest’anno, la manifestazione è stata curata e gestita (seppur a distanza, a causa dell’emergenza pandemica in corso) dal Portogallo (più precisamente a Oporto), dalla Fundação para a Ciência e a Tecnologia – Computação Cientifica Nacional, e si è svolta nei giorni dal 22 al 26 marzo.

Per concludere, si è certamente potuto trarre come i supercomputer siano uno dei mezzi digitali più importanti oggi, e negli anni a venire, in quanto la potenza di calcolo a disposizione di un Paese è vista un po’ come il proprio “cervello”, grazie a cui si può competere su molteplici fronti, in primis economico, sociale e scientifico; l’Unione Europea ricopre (ormai) una posizione di assoluta preminenza, essendo in grado di combattere (pressoché) in una situazione di “par conditio” con le due principali superpotenze mondiali, Cina e USA.

Sicuramente, in una prospettiva squisitamente italiana, può risultare sensazionale e sorprendente rilevare come due tra i primi dieci elaboratori più prestazionali del mondo trovino cittadinanza proprio sul nostro suolo; si tratta dell’HPC5 di Eni (installato a Ferrera Erbognone, in Provincia di Pavia), al quinto posto della classifica TOP500, e del già supra menzionato Marconi-1000 di CINECA (Casalecchio di Reno, in Provincia di Bologna), al nono posto della graduatoria.

È anche vero però, come per converso, il numero di supercomputer presenti sul territorio nazionale è ancora decisamente inferiore rispetto a quelli degli altri partner europei (Francia, Germania, Olanda e altri), e costituendo le tecnologie computazionali il motore della trasformazione e dell’espansione digitale (raccordano – a mo’ di trait d’union – il mondo dell’informatica con quello delle telecomunicazioni), sarà certamente necessario investire ancor più denaro e proseguire la strada già intrapresa, che va proprio in questa direzione.

Infine, per cogliere fino in fondo le (infinite) potenzialità di questi dispositivi digitali, basti pensare che un progetto scientifico (neuroscientifico), lo Human Brain Project, mira a realizzare entro il 2023 una simulazione del funzionamento completo dell’encefalo umano; a tale ambizioso obiettivo partecipano 134 diversi soggetti, di 22 Paesi, tra cui l’Italia (con la collaborazione di CINECA e altre 11 organizzazioni nazionali).

Insomma, il sentiero per il presente, e a fortiori, per l’avvenire, appare già ineluttabilmente (nettamente) solcato.

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