Affrontare le sfide per la società attraverso l’informatica d’avanguardia
Sfide complesse richiedono soluzioni complesse. Una di queste è rappresentata dall’applicazione dei metodi MSO, che si è dimostrata efficace nel risolvere problemi quali la previsione dell’inquinamento atmosferico e dei cambiamenti climatici, il miglioramento del processo di filtrazione dell’acqua potabile e l’ottimizzazione dei metodi per la radioterapia a intensità modulata. Questi metodi altamente complessi sono solitamente sviluppati mediante l’impiego degli strumenti TIC più d’avanguardia, tra cui il calcolo ad alte prestazioni (HPC) e i megadati. Sebbene utili, a causa della loro complessità i metodi MSO richiedono l’assistenza di esperti qualificati, di cui vi è una presenza molto limitata. Per colmare questa lacuna, il progetto MSO4SC ha creato un’infrastruttura digitale volta a ottimizzare l’impiego dei metodi MSO. «In pratica, abbiamo voluto avvalerci di complessi moduli di software, chiamati strutture matematiche, in combinazione con l’HPC e la tecnologia cloud al fine di ottimizzare le risorse utilizzate», afferma Francisco Javier Nieto De Santos, il coordinatore del progetto. «Al tempo stesso, abbiamo predisposto delle interfacce per l’utilizzo di queste strutture matematiche che non richiedono una conoscenza approfondita delle tecnologie da parte dell’utente». Semplificazione delle simulazioni Allo scopo di garantire che le strutture finali soddisfacessero le reali esigenze degli utenti, i ricercatori del progetto si sono innanzitutto consultati con le parti interessate rilevanti, ovvero i matematici e gli utenti delle applicazioni pilota. Affinché queste parti interessate potessero testare e fornire un riscontro sulle strutture in fase di sviluppo, i ricercatori hanno organizzato laboratori e un mini convegno nell’ambito di EU-MATHS-IN, un’importante rete europea di matematici applicati. In soli 24 mesi, questo processo ha portato al miglioramento di tre strutture matematiche (FEniCS, Feel++ e OPM) e sei applicazioni sviluppate per settori differenti (previsione della qualità dell’aria, progettazione di turbine eoliche per un’energia pulita, progettazione di magneti ad alta densità di flusso magnetico, rilevamento e trattamento di malattie neurodegenerative, ecc.). Ciascuna di queste strutture e applicazioni è stata adattata su misura per le esigenze specifiche del progetto. «Ci eravamo prefissi numerosi obiettivi e la pressione era molto elevata, ma siamo comunque riusciti a focalizzarci al meglio e a realizzare un’infrastruttura digitale di ottima qualità utilizzabile da persone con interessi e livelli di conoscenza diversi», spiega Nieto De Santos. «Abbiamo ora a disposizione una soluzione che funziona adeguatamente e può essere impiegata per dimostrazioni di alta qualità». Tutte le strutture e le applicazioni possono essere utilizzate mediante l’uso di container e sono eseguibili attraverso il portale di MSO4SC. Secondo Nieto De Santos, questo portale, integrato con un gestore delle risorse, è il risultato più importante ottenuto dal progetto. «Il portale semplifica l’esecuzione delle simulazioni, il che significa che l’utente finale si deve solamente occupare della configurazione dei dati di input della simulazione, lasciando all’orchestratore il compito di gestire l’utilizzo delle risorse», afferma. Aspetti innovativi L’eredità principale lasciata dal progetto è un’infrastruttura digitale operativa destinata a matematici e persone interessate a eseguire applicazioni basate sulla simulazione matematica. MSO4SC, tuttavia, si distingue anche per essere uno dei primi progetti a utilizzare congiuntamente l’HPC e risorse cloud tipiche per l’esecuzione di software su container a base matematica. «Siamo pionieri nell’utilizzo combinato di container e HPC», aggiunge Nieto De Santos. «Ritengo che si tratti di un importante modello del modo in cui è possibile realizzare un cloud europeo per la scienza aperta completamente integrato, in cui gli scienziati sono in grado di utilizzare qualsiasi tipo di risorsa in maniera trasparente». Il progetto è ormai terminato, ma i ricercatori sono tuttora impegnati nell’attirare un maggior numero di utenti al portale migliorando le attuali applicazioni, aggiungendo nuove funzionalità e diffondendo i suoi benefici a livello commerciale.
Parole chiave
MSO4SC, modellizzazione, simulazione e ottimizzazione, MSO, calcolo ad alte prestazioni, HPC, tecnologia cloud, TIC, matematica
