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Articoli di approfondimento - Collegare i supercomputer per simulare il sole, il clima e il corpo umano

Spinta dalla potenza di elaborazione dei supercomputer, la simulazione è diventata il terzo pilastro della ricerca scientifica, insieme alla teoria e alla sperimentazione. Gli scienziati europei adesso possono simulare la fusione nel sole, creare nuovi modelli climatici e in definitiva costruire esseri umani virtuali fedeli dal punto di vista biologico grazie a una ricerca finanziata dall'UE che ha sviluppato un'infrastruttura europea di supercalcolo

Economia digitale

Questi risultati sono stati possibili attraverso le attività del progetto DEISA ("Distributed European infrastructure for supercomputing applications"), che adesso ha completato due fasi nel corso di sette anni. Il suo lavoro ha fornito una delle più avanzate strutture distribuite di "High performance computing" (HPC) del mondo. Questa infrastruttura ha dato un'enorme spinta alla scienza europea della simulazione, che sembra destinata a continuare visto che l'Europa ha in programma di investire quasi 500 milioni di euro in questo settore nei prossimi cinque anni. La prima fase del progetto inizialmente ha collegato i più avanzati centri europei di supercalcolo in Germania, Spagna, Francia, Italia, Paesi Bassi, Finlandia e Regno Unito, collegando 11 centri di supercalcolo in tutto. I legami fisici sono stati fatti usando l'infrastruttura di GÉANT e delle reti NREN ("National research and education networks"). GÉANT è l'internet ad alta larghezza di banda che serve la comunità europea della ricerca e dell'istruzione. Collega oltre 40 milioni di ricercatori in 40 paesi europei e porta a una serie di altre regioni del mondo. Offre una larghezza di banda che raggiunge i 40 gigabit al secondo (Gbps). Nel frattempo le NREN forniscono strutture in rete di comunicazione dei dati alle comunità nazionali di ricerca e istruzione. Gli scienziati del DEISA sono andati molto oltre il creare collegamenti ad alta velocità tra computer. "Prima c'erano diversi supercomputer, che usavano software diversi e strutture di file diverse ed era difficilissimo passare da un supercomputer a un altro," spiega Hermann Lederer, del team di coordinazione del progetto DEISA2. "DEISA ha armonizzato l'infrastruttura e ha reso molto più facile per gli scienziati trarre il massimo beneficio dal tempo di calcolo." DEISA1 ha cominciato il processo di armonizzazione, mentre DEISA2 lo ha consolidato e ampliato e ha rafforzato l'Application Support Task Force. "Abbiamo riunito specialisti di ogni sistema di supercalcolo all'interno del consorzio, così possiamo assegnare i programmi di ricerca al miglior supercomputer per il particolare compito e offrire le competenze necessarie per trarre il massimo rendimento dal sistema. Abbiamo anche fornito supporto di applicazione per ottimizzare il software per un particolare compito di ricerca," osserva il dott. Lederer. Il progetto ha anche fondato il DECI ("DEISA extreme computing initiative"). DECI è stato lanciato a maggio del 2005 dal consorzio DEISA per potenziare l'impatto del progetto sulla scienza e la tecnologia. Il suo obiettivo principale era fornire enormi risorse informatiche per affrontare applicazioni particolarmente complesse in tutti i settori della scienza e della tecnologia. Il programma ha avuto un grande successo e ha avuto un numero di domande di molto superiore ai posti disponibili per il suo sesto invito, con ricercatori in 121 proposte che cercavano mezzo miliardo di ore di calcolo, la misura del consumo delle risorse dei supercomputer. C'erano solo 91 milioni di ore di calcolo a disposizione, meno di un sesto di quelle richieste e sono stati scelti 56 progetti. "Scegliamo argomenti di ricerca scientifica sulla base di un processo di revisione in due fasi. La revisione paritaria determina il merito scientifico della ricerca proposta, mentre una revisione tecnica decide se si tratta di un'applicazione di supercalcolo fattibile o appropriata," dice il dott. Lederer. Una volta scelto un progetto di ricerca, DEISA assegna il miglior computer per il lavoro e fornisce agli scienziati assistenza tecnica per ottimizzare le applicazioni di ogni obiettivo di ricerca. DEISA ha aumentato di molto e ha integrato i servizi di supercalcolo nazionali, non solo fornendo il migliore supercomputer per ogni lavoro, ma anche velocizzando il tasso di progresso scientifico. Lacuna della ricerca "Alcuni dei progetti che approviamo possono svolgere il proprio lavoro anche presso la struttura di supercalcolo nazionale del ricercatore, ma ci può essere una lunga lista di attesa, troppe richieste o un'architettura non molto adatta," dice il dott. Lederer. "In settori scientifici competitivi che si basano su grandi simulazioni questo potrebbe essere un grave problema e quindi i ricercatori possono presentare una proposta a DECI." E poiché il consorzio DEISA comprende i centri di supercalcolo più grandi d'Europa, i ricercatori sanno che i computer più avanzati sono disponibili presso uno dei partner. È un elemento fondamentale perché la potenza di calcolo aumenta rapidamente, rendendo velocemente i supercomputer obsoleti. La tecnologia avanza tanto velocemente che sta cominciando a emergere una lacuna nella ricerca. I processori hanno raggiunto velocità di 3 gigahertz, ma i limiti energetici comportano che questi non possano andare molto più veloci di così. I processori multi-core forniscono un percorso di aggiornamento alternativo che, insieme alla parallelizzazione, offre un'altra via verso l'elaborazione dei dati più veloce. Manca però la ricerca fondamentale su un aumento sostanziale della parallelizzazione delle applicazioni. "Ci servirebbe proprio un finanziamento della ricerca mirato a nuovi algoritmi altamente parallelizzabili per attrarre i matematici più brillanti, gli specialisti di computer e di scienze del calcolo e affrontare questa sfida," dice il dott. Lederer. "Se non ci si concentra adesso sulla questione, tra un paio di anni diventerà un problema," avverte. DEISA2 ha completato il suo lavoro ad aprile di quest'anno e adesso sarà PRACE ("Partnership for advanced computing in Europe") a prendere il suo posto. PRACE manterrà un servizio HPC pan-europeo che sarà formato da fino a sei sistemi di leadership di prim'ordine (Tier-0) integrati nell'ecosistema europeo HPC fondato da DEISA. I sistemi di leadership Tier-0 sono quei supercomputer che sono ai primi posti tra i primi 500 supercomputer del mondo e PRACE ha già messo in funzione due di questi sistemi, il sistema 1 petaflop/s IBM Blue Gene/P presso il centro di supercalcolo di Julich in Germania e il sistema 1.6 petaflop/s BULL chiamato CURIE presso il nuovo Trés Grand Centre de Calcul (TGCC) in Francia. PRACE si è assicurato 400 milioni di euro in finanziamenti nazionali per i sistemi Tier-0 nel corso dei prossimi cinque anni e la Commissione europea fornirà dei fondi aggiuntivi di 70 milioni di euro nel corso di tutta la durata della famiglia di progetti PRACE (PRACE, PRACE 1IP, PRACE 2IP). "DECI continuerà, è infatti ancora aperto adesso con il team di DEISA che mantiene il programma attivo fino a che PRACE 2IP non prenderà il suo posto a settembre," spiega il dott. Lederer, "Ma adesso sarà conosciuto come la Distributed European Computing Initiative. Il termine "estremo" sarà riservato ai supercomputer Tier-0.” La ricerca sul supercalcolo e gli investimenti come DEISA sono particolarmente preziosi perché servono varie funzioni. In primo luogo, fanno progredire la scienza del calcolo direttamente, occupandosi di problemi fondamentali dello sviluppo di applicazioni, della connessione in rete, di informatica e di matematica. In secondo luogo, hanno permesso e continuano a permettere una ricerca all'avanguardia in ogni disciplina scientifica immaginabile, in particolare per quanto riguarda i più difficili e urgenti problemi della scienza. Infine, prepara il terreno a PRACE, un programma ambiziosissimo che coinvolge tutto il continente per mantenere e potenziare la leadership dell'Europa nel settore del supercalcolo. È la prima di una serie di caratteristiche sui contributi di DEISA2 alla ricerca importante ma con grandi esigenze di calcolo, come il lavoro del progetto RNAHIV sulla meccanica molecolare del virus dell'HIV, lo studio di modelli climatici complessi condotto dal progetto MillCli e la ricerca del progetto Cylinder sugli effetti della turbolenza su strutture marittime. DEISA2 è stato finanziato con 10,24 Mio EUR (dei 18,65 Mio EUR del budget totale del progetto) nell'ambito del Settimo programma quadro dell'UE per la ricerca, sub-programma "e-Science grid infrastructures". Link utili: - "Distributed European infrastructure for supercomputing applications" - Record dei dati del progetto DEISA2 su CORDIS - e-Infrastructures programme / projects Articoli correlati: - Articoli di approfondimento - L'HIV bersaglio dei supercomputer - Articoli di approfondimento - I modelli climatici sulla passerella dei supercomputer - Articoli di approfondimento - Il supercalcolo calma le acque agitate - Supercomputing gets its own superhero - The grid: a new way of doing science - I ricercatori europei impegnati nella fusione faranno ricorso a risorse di supercalcolo