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Articoli di approfondimento - Collaborare per un supercalcolo pan-europeo

Accanto alla teoria e alla sperimentazione, la simulazione è diventata un terzo pilastro della scienza moderna. Per simulare tutto, dagli effetti dei cambiamenti climatici all'astrofisica, però ci vuole molta potenza di calcolo. Un progetto finanziato dall'UE sta contribuendo a mettere a disposizione degli scienziati risorse di supercalcolo mai ottenute prima.

Economia digitale

Fondato nel maggio del 2010 come associazione no-profit, il Partenariato per il calcolo avanzato (PRACE) oggi è uno dei principali fornitori al mondo di Calcolo ad alte prestazioni (HPC) alla comunità scientifica. Mettendo insieme investimenti nazionali in diversi paesi europei, il partenariato fornisce ai ricercatori di tutta Europa accesso basato su internet alle risorse di calcolo per un'ampia gamma di applicazioni in quasi tutti i campi scientifici. La sua presentazione è sostenuta dal PRACE-1IP ("PRACE first implementation phase"), che ha ricevuto un finanziamento di 20 milioni di euro dalla Commissione europea ed è una delle diverse fasi di implementazione in programma per i prossimi anni. "La simulazione si usa in quasi tutte le discipline per cercare di superare molte delle grandi difficoltà della scienza o della società," spiega il dott. Thomas Eickermann del Centro di supercalcolo Juelich in Germania. "Abbiamo bisogno di sistemi HPC per creare modelli meteo e di cambiamenti climatici, per studiare malattie ed effetti di farmaci, per progettare nuovi materiali, in astronomia e persino per creare modelli di progetti di aerei ... la lista è quasi infinita." Il dott. Eickermann gestisce PRACE-1IP nel quale i partner di 21 paesi europei lavorano per migliorare l'accesso dei ricercatori alle risorse di supercalcolo disponibili attraverso PRACE. Una parte fondamentale del loro lavoro si concentra sullo sviluppo di tecnologie e tecniche per aiutare i ricercatori a far girare applicazioni sulle macchine HPC di PRACE. Questo include la conversione e l'adattamento di applicazioni in modo che esse possano essere usate in un ambiente di calcolo diverso da quello per il quale erano state originariamente progettate e mettere su scala peta e ottimizzare le applicazioni in modo che funzionino su grandi quantità di processori di macchine HPC. "Anche se PRACE costituisce un grande passo avanti per rendere disponibili le risorse di supercalcolo a un'ampia parte della comunità scientifica europea, inevitabilmente la richiesta da parte dei ricercatori per le risorse HPC supera le risorse HPC disponibili," dice il dott. Eickermann. "Quindi si devono scegliere con attenzione i progetti cui viene data la possibilità di usare queste risorse e dobbiamo assicurarci che le usino nel modo più efficiente possibile." Nell'ambito di PRACE, è un processo di revisione fatta da ricercatori indipendenti che determina chi può usare le risorse HPC, colleghi scienziati e ricercatori scelgono i progetti più promettenti in seguito a un invito a presentare proposte pubblicato due volte l'anno. Una volta selezionato, il lavoro del team del progetto PRACE-1IP assicura che i ricercatori sfruttino al meglio le risorse disponibili. A questo riguardo, il progetto PRACE-1IP e un'iniziativa di follow-up, il PRACE-2IP, stanno mettendo su sei centri di formazione in tutta Europa per educare i ricercatori sui sistemi HPC in un programma multi-annuale che copre tutto, dalla programmazione dei sistemi di calcolo paralleli e le applicazioni di scaling alla programmazione di acceleratori come i GP-GPU (unità di elaborazione grafica per fini generali). I Centri avanzati di formazione PRACE (PACT) saranno ospitati dal Centro di supercalcolo di Barcellona in Spagna, dal CINECA-Consorzio Interuniversitario in Italia, dal Centro per la scienza CSC-IT in Finlandia, dall'EPCC presso l'Università di Edimburgo nel Regno Unito, dal Centro di supercalcolo Gauss in Germania e dalla Maison de la Simulation in Francia. I ricercatori interessati a partecipare ai corsi possono ottenere informazioni consultando il sito di PRACE e dai centri che ospitano la formazione. "I sistemi HPC contemporanei offrono una potenza di calcolo mai ottenuta prima e le loro architetture sono in continua evoluzione. La sfida è sempre quella di formare scienziati e programmatori in modo da massimizzare l'efficienza e il risultato della ricerca su questi sistemi," spiega il dott. Simon Wong, leader del pacchetto di lavoro sulla formazione in PRACE-2IP (il progetto della seconda fase di implementazione, attualmente in corso) e direttore di Istruzione e formazione presso l'ICHEC in Irlanda. Un altro elemento fondamentale del progetto è tenersi al passo con gli ultimi sviluppi e tecnologie nel mondo dell'HPC e potenziare continuamente hardware e software nei siti di supercalcolo dei partecipanti. Attualmente, PRACE ha installato tre cosiddetti sistemi Tier-0 e tre o più seguiranno nel 2012 nei siti di Germania, Spagna, Francia e Italia che offrono una grande parte delle loro risorse per la ricerca pan-Europea. Ha anche numerosi siti cosiddetti Tier-1 che sono principalmente dedicati alla ricerca nazionale o regionale ma che oltre a ciò dedicano alcune risorse al partenariato. La loro potenza di calcolo è misurata in petaflop, l'equivalente di un quadrilione di calcoli conosciuti come operazioni in virgola mobile eseguiti in un secondo (flop). Ogni sistema Tier-0 in PRACE attualmente fornisce almeno 1 petaflop di potenza di calcolo, anche se si prevede che questo aumenterà al livello degli exaflop, un quintilione di calcoli al secondo, nei prossimi anni. In confronto, alcuni ricercatori credono che il cervello umano sia in grado di elaborare 10 quadrilioni di calcoli al secondo (10 petaflop) "Finora l'infrastruttura PRACE è stata usata da 36 progetti per oltre un miliardo di ore di calcolo," dice il dott. Eickermann. Un progetto lanciato di recente sul sistema PRACE, che è anche il più grande finora, si chiama "Joint weather and climate high-resolution global modelling: future weathers and their risks" ed è coordinato dal Centro nazionale di scienze atmosferiche del Regno Unito, il progetto ha lo scopo di produrre simulazioni ad alta risoluzione e realistiche delle condizioni climatiche e degli schemi meteorologici. L'obiettivo è aumentare la fedeltà delle simulazioni climatiche globali e capire meglio i rischi meteorologici e climatici cercando di offrire proiezioni molto più affidabili dei cambiamenti climatici. Userà 144 milioni di ore di calcolo su HERMIT, l'ultimo sistema Tier-0 istallato presso il partner CGS a Stoccarda. Altri nuovi progetti simuleranno il flusso del sangue nel corpo umano, esamineranno gli effetti dell'irradiazione sulle nanostrutture, studieranno gli effetti gravitazionali dei buchi neri nello spazio e aiuteranno a capire meglio la cromosfera solare, tra le molte altre applicazioni. "L'accesso alle risorse di supercalcolo è un elemento sempre più importante per la scienza moderna e dovrebbe aiutare a contribuire a importanti conquiste in molti settori," osserva il dott. Eickermann. Prima di PRICE, le risorse di supercalcolo erano molto più frammentate in Europa e l'accessibilità era riservata all'interno di un paese o di un'organizzazione. Adesso è la comunità scientifica europea che decide quali sono i progetti più promettenti per usare le preziose ore di calcolo, un approccio basato sul merito che dovrebbe aiutare a mantenere o ampliare la forza competitiva della scienza europea in molti settori. "Negli Stati Uniti, le risorse di supercalcolo sono frammentate tra diverse agenzie ed enti e in Asia sono frammentate tra un paese e l'altro. PRACE offre quindi enormi vantaggi alla ricerca europea," dice il dott. Eickermann. PRACE-1IP ha ricevuto finanziamenti attraverso il Settimo programma quadro (7° PQ) dell'Unione europea. Link utili: - Sito web del progetto "PRACE first implementation phase" - Scheda informativa del progetto PRACE-1IP su CORDIS Articoli correlati: - Comunicato stampa: Digital Agenda: Plan to make EU the world leader in High-Performance Computing - È in arrivo il prototipo di un nuovo supercomputer