case study

Tecnologia e ricerca, l’asse per l’innovazione: il caso di Sissa

Tra le tante tecnologie in simbiosi con il mondo della ricerca, la editoria scientifica online e l’utilizzo di computer sempre più veloci hanno contribuito, da una parte, alla diffusione immediata e capillare dei risultati della ricerca, dall’altra a studiare fenomeni e teorie sempre più complessi altrimenti impossibili da affrontare. In entrambi i casi, i benefici verso lo sviluppo della ricerca sono innegabili. Ma non bisogna smettere di investire

06 Set 2016
Antonio Lanza

SISSA – Direttore ITCS (Information Technology and Computing Services) – Presidente Comitato Tecnico Scientifico LightNet - Trieste

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Tecnologie e ricerca coesistono. Le tecnologie migliorano gli strumenti di ricerca, a volte nuove tecnologie vengono sviluppate per esigenze di ricerca. In entrambi i casi, l’innovazione che ne deriva ha delle ripercussioni nella Società.

Tra le tante tecnologie in simbiosi con il mondo della ricerca, la editoria scientifica online e l’utilizzo di computer sempre più veloci hanno contribuito, da una parte, alla diffusione immediata e capillare dei risultati della ricerca, dall’altra a studiare fenomeni e teorie sempre più complessi altrimenti impossibili da affrontare. In entrambi i casi, i benefici verso lo sviluppo della ricerca sono innegabili.

Editoria online

La creazione, nel 1991, di un archivio elettronico di pre-print di Fisica delle Alte Energie accessibile via Internet, segna gli albori dell’editoria scientifica inline. L’idea è di Paul Ginsparg del Los Alamos National Laboratory,

I pre-print sono le anticipazioni degli articoli che vengono pubblicati in riviste scientifiche di settore revisionati, prima della accettazione per la pubblicazione, da uno o più revisori anonimi (referee, metodo peer review, alla pari), specialisti in quel campo di ricerca. Il processo richiede parecchio tempo e l’articolo vede la sua pubblicazione nella rivista anche dopo un anno. Per divulgare i risultati degli articoli ai colleghi di altri Istituti che si occupano dello stesso ambito di ricerca, i pre-print vengono diffusi, come bozza, prima della pubblicazione ufficiale. Prima del 1991, i pre-print venivano stampati su carta in un certo numero di copie (circa un centinaio) e spediti via posta ordinaria in giro per il mondo. Il tempo medio di diffusione era quindi superiore al mese. Con l’avvio dell’archivio elettronico, i pre-print raggiungono i colleghi immediatamente.

La comunità scientifica rileva istantaneamente la potenzialità dell’iniziativa, che consente non solo di evitare le numerose stampe di pre-print, con notevole risparmio della carta, ma anche di avere una diffusione immediata dei risultati della ricerca.

Sissa, in accordo con Ginsparg, nel 1992 crea altri archivi in altre aree della Fisica e della Matematica.

Nel mondo della ricerca scientifica l’iniziativa riscuote un grande successo. Riviste internazionali, come Nature, ne parlano incoraggiandone l’uso e la SISSA guadagna in immagine a pochi anni dalla sua fondazione (1978). L’archivio, oggi conosciuto come arXiv, è ospitato dalla Cornell University e conta più di un milione di articoli in archivio.

Sulla base di questa esperienza, nel 1997 nasce la prima rivista interamente digitale (JHEP, oggi la più importante rivista per la fisica delle alte energie) a cui fanno seguito altre quattro che vengono gestite da una società di capitale interamente partecipata dalla SISSA, SISSA Medialab, in collaborazione con editori internazionali del settore scientifico che ne curano la distribuzione e la commercializzazione.

High parallel computing

Il calcolo parallelo avanzato ad alte prestazioni (HPC, High Performance Computing) è diventato sempre più importante come strumento di ricerca. A volte, la risoluzione di equazioni che descrivono sistemi complessi richiede un enorme potenza di calcolo. L’uso di tanti computer collegati tra loro con una rete superveloce, formando un cluster, può fornire tale potenza di calcolo permettendo di eseguire calcoli in parallelo e accelerare i tempi di risoluzione. Lo sviluppo del software di gestione di tali cluster è cosi avanzato che l’utente vede il cluster come se fosse un unico computer (supercomputer) e sceglie la porzione di risorse necessaria per la risoluzione del suo problema. L’evoluzione della tecnologia in questo campo va di pari passo con l’aumento della complessità che il singolo ricercatore inserisce nei suoi modelli per renderli più realistici.

Le simulazioni numeriche spaziano dalla Fisica dei materiali ai Sistemi biomolecolari, dalla Astrofisica e Cosmologia alle applicazioni in CFD (Computational Fluid Dynamics), in Medicina e industria aero-naval-meccanica. In SISSA, le ricerche in questi campi sono spesso sostenute da convenzioni e accordi con realtà industriali presenti in Regione FVG, come, per menzionarne solo alcune, Danieli S.p.A., il distretto Mare FVG, il centro Oncologico di Aviano, ecc.

Il singolo ricercatore, per risolvere problemi con elevato grado di complessità cerca di ottenere risorse di calcolo tra i computer più veloci oggi disponibili nel mondo.

In Italia, il Cineca(Consorzio Interuniversitario per il Calcolo Automatico) è il maggiore centro di calcolo e dispone di un supercomputer, a disposizione della comunità scientifica italiana tra i più veloci al mondo. In Europa, è l’associazione non-profit Prace (Partnership for Advanced Computing in Europe) di 25 paesi europei che mette a disposizione servizi e infrastrutture per la comunità scientifica internazionale. Il Cineca, su mandato del Ministero dell’Istruzione, dell’Università e della Ricerca, è uno dei quattro membri che mettono a disposizione le infrastrutture di calcolo tra le più veloci al mondo. L’accesso a queste risorse è regolato da un processo di peer review che valuta, confronta e seleziona le richieste.

Sissa, attraverso i meritevoli progetti di ricerca di alcuni singoli ricercatori o gruppi di ricerca, registra un utilizzo estensivo di entrambe le risorse. A testimonianza del ruolo della SISSA, nella comunità scientifica italiana, riportiamo i risultati di statistiche elaborate dal Cineca.

Trieste con 158 utenti registrati risulta essere la terza città in Italia, dopo Milano e Roma. Una buona parte di questi sono ricercatori Sissa.

Nell’ambito del calcolo ad alte prestazioni, Sissa ha anche un percorso formativo, il Master in HPC, che ha lo scopo di preparare tecnici e ricercatori nell’utilizzo di tali risorse. Inoltre, gli studenti di dottorato, coinvolti in progetti che fanno uso di simulazioni numeriche hanno la necessità di avere a disposizione risorse di facile accesso.

Per questo motivo, Sissa ha sempre investito in risorse locali. Recentemente, a seguito di un investimento di circa 1.8 Milioni di euro, è stata allestita una sala dati unicamente dedicata ad un cluster con 4800 processori (core) denominato Ulysses.

Il cluster ha una potenza di calcolo teorica che lo pone tra i primi 5 computer più veloci installati in Italia. SISSA ha stipulato 5 convenzioni con l’ICTP[3], Università di UD e TS, CNR[4] e INAF[5], sulla base di preesistenti collaborazioni scientifiche, per l’utilizzo di tale cluster.

Ma le risorse non bastano mai. Nelle ultime settimane la media di utilizzo delle risorse è molto vicina al 100%.

È già necessario pensare all’aggiornamento tecnologico. Sissa ha promosso una collaborazione tra i maggiori istituti di ricerca in FVG (ICTP, Università di UD e TS, CNR, sezioni locali INAF e INFN[6], Sincrotrone, OGS[7]) per progettare una infrastruttura regionale capace di soddisfare esigenze sia di calcolo che di analisi di grandi quantità di dati (come quelli prodotti dal Sincrotrone o dagli strumenti utilizzati dall’INAF), impensabile da trasferire via rete.

Un’infrastruttura regionale decentrata tra le tre Università e i principali Istituti di ricerca, collegata geograficamente ad alta velocità (a 100Gbps, 5000 volte più veloce di una adsl a 20Mbps). Realizzazione possibile con la collaborazione della Regione FVG e Insiel S.p.A. (società ICT in house della Regione FVG) con il progetto Ermes di banda larga per la Pubblica Amministrazione la cui fibra ottica potrebbe essere in parte utilizzata a tale scopo.

[1] Direttore ITCS (Information Technologies and Computing Services), SISSA, Trieste.

[2] Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati – Università del FVG dedicata al dottorato di ricerca in Fisica, Matematica e Neuroscienze.

[3] International Centre for Theoretical Physics

[4] Consiglio Nazionale delle Ricerche – Istituto Officina dei Materiali

[5] Istituto Nazionale di Astrofisica

[6] Istituto Nazionale di Fisica Nucleare

[7] Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale

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