A Bologna il nodo della rete europea di supercomputer. «Così affrontiamo le sfide mondiali»

Nel cuore dell’Italia, tra le colline di Bologna, si trova uno dei gioielli dell’innovazione scientifica e tecnologia italiana. Leonardo è il supercomputer ospitato presso il Cineca, il consorzio che offre supporto alle attività della comunità scientifica tramite il supercalcolo. Tutto ebbe inizio negli anni ’40 quando il pioniere dell’informatica Konrad Zuse costruì in Germania il primo calcolatore digitale programmabile, lo Z3. Tuttavia, fu solo con la comparsa dell’ENIAC (Electronic Numerical Integrator and Computer) nel 1946 negli Stati Uniti, che nacque il concetto di supercomputer moderno ovvero una mastodontica macchina costituita da oltre 18.000 componenti elettronici. Il supercalcolatore doveva eseguire una vasta gamma di calcoli scientifici e matematici soprattutto in ambito militare. Nel corso degli anni, i supercomputer sono diventati sempre più compatti ed efficienti. L’introduzione dei microprocessori ha giocato un ruolo cruciale consentendo riduzione di spazio come è avvenuto per il Cray-2 del 1985, il primo supercomputer ad utilizzare il raffreddamento liquido. La stagione dei microprocessori ha portato allo sviluppo dei PC ed a quel punto è nata l’idea di far lavorare contemporaneamente più microprocessori sullo stesso problema. «Se oggi abbiamo i supercomputer lo si deve anche grazie all’industria del gaming» afferma Sanzio Bassini, direttore del dipartimento Supercalcolo Cineca che ospita il supercomputer Leonardo. Schede video sempre più sofisticate in grado di elaborare più dati per una definizione più fluida ha spinto la ricerca verso lo sviluppo di processori ed acceleratori sempre più performanti. Secondo la statistica ufficiale Top 500 rilasciata due volte l’anno sullo stato attuale della potenza di calcolo dei supercomputer exascale, Leonardo si colloca al quarto posto a livello mondiale ed al secondo posto in Europa.

Dottor Bassini, qual è la particolarità del supercomputer Leonardo?
Il sistema Leonardo ha due partizioni. Una partizione è formata da 3500 server mentre l’altra da 1500. La parte con 1500 server è quella convenzionale, ovvero dei server che funzionano in parallelo che sviluppano una potenza di calcolo di circa nove petaflop. L’altra partizione è composta da acceleratori booster che, lavorando simultaneamente, sviluppano una potenza di calcolo di 240 Petaflop

Sembrano numeri incredibili ma riuscirebbe a fare un esempio che renda l’idea della potenza di calcolo?
Se prendiamo la parte accelerata di Leonardo, la potenza di calcolo sviluppata corrisponde a circa 25000 PC di quelli che abbiamo a casa, messi insieme in simultanea a lavorare.

A livello di calcolo cosa significa?
Significa che Leonardo è in grado di svolgere 240 milioni di miliardi di operazioni al secondo.

Ovvero?
Se tutti gli abitanti del pianeta terra svolgessero contemporaneamente un operazione al secondo, ci vorrebbe un anno di tempo per ottenere il risultato che Leonardo ottiene in un secondo.

A cosa serve tutta questa potenza di calcolo?
L’Agenda 2030 dell’ONU ha fissato diciassette obiettivi per lo sviluppo sostenibile, dal cibo, all’energia, al cambiamento climatico. Per raggiungere risultati concreti è necessario sviluppare potenze di calcolo sempre maggiori. Per sviluppare modelli matematici e fisici è necessario avere molta potenza di calcolo. Svolgere queste attività con gli strumenti di calcolo tradizionali, richiede troppo tempo. Se un ricercatore avesse bisogno di un calcolo che impiega dieci anni per vedere il risultato, che senso avrebbe questa ricerca? I supercomputer consentono di accelerare lo sviluppo della ricerca scientifica.

La Commissione Europea sta lavorando per mettere in rete i supercomputer presenti in Europa, a che punto siamo?
L’Europa ha finanziato l’Euro HPC con l’obiettivo di creare una rete di supercomputer. Ne sono stati acquisiti circa otto di classe petascale quindi nell’ordine di due o tre petaflop e poi altri tre sistemi nell’ordine di duecentocinquanta petaflop. Uno di questi è proprio Leonardo, gestito da Cineca e cofinanziato al 50% da Euro HPC e 50% dal Governo nazionale. Si sta già pensando di realizzare un sistema successore di Leonardo dalla potenza di 1000 petaflop.

Tutto questo viene fatto per sviluppare la ricerca scientifica?
Non solo. Questi centri tecnologici di supercomputer diventano anche una palestra tecnologica perché indirizza i miglioramenti delle architetture dei microprocessori, lo studio sull’efficienza energetica dei microprocessori, delle reti, dei software, insomma, un tipo di ricerca che poi va a beneficio di tutte le persone che useranno PC sempre più performanti.

Il network europeo di supercomputer che obiettivi si prefigge?
I supercomputer europei saranno connessi attraverso un sistema a banda larga da un terabytes al secondo. Un qualsiasi utilizzatore europeo potrà accedere alla rete europea di supercomputer per fare ricerca scientifica.

Nel concreto, da chi viene utilizzato Leonardo?
Nel 2022 Leonardo è stato usato per elaborare calcoli nel settore della fisica, chimica, scienza dei materiali, astrofisica, informatica, meccanica, ingegneria

Chiunque può accedere? Anche una startup?
Esattamente. È molto interessante tutto il network che viene attivato per le startup perché attorno al tecnopolo gravitano varie entità a supporto delle startup. Ad esempio, se un’azienda volesse sviluppare un progetto che ha bisogno di calcolo per verificare la fattibilità, organizzazioni come Excellerat o Prace supportano la fase test before investment. Alle startup non viene offerto solo il calcolo per proof of concept ma nel loop stiamo inserendo anche dei venture capital che possono seguire i progetti più interessanti e nel caso avviare un percorso di business angel. Quindi non solo calcolo ma la startup si trova in un contesto di supporto finanziato dall’Europa.

Posso chiedere qualche esempio specifico di come viene usato Leonardo dalle aziende italiane?
Fincantieri ha utilizzato Leonardo per lo sviluppo di una virtual vasca navale. La farmaceutica Chiesi ha sviluppato un progetto per l’ottimizzazione dell’aerosol. Può sembrare una cosa banale ma è un sistema di fluidodinamica complesso perché gli eccipienti attivi tendono ad essere viscosi. Quando viene generato il vortice, si formano dei grumi ed il principio attivo non viene inalato in toto dal paziente. Con questo tipo di calcoli si ottimizza la fluidodinamica migliorando i macchinari

Quale progetto ha catturato la sua attenzione?
C’è un progetto molto interessate finanziato dalla Commissione Europea sulla manutenzione predittiva svolto insieme a venti partner e coordinato dall’azienda Bonfiglioli riduttori. L’idea è quella di genere un gemello digitale di un sistema complesso basato sull’intelligenza artificiale per compiere simulazioni e capire in anticipo quando e come fare manutenzione

E chi utilizza questo tipo d’innovazione?
Per esempio, Il Barcellona Innovation Hub e Etxetar in Spagna, utilizzando la rete europea dei supercomputer, hanno sviluppato un gemello digitale dello stadio del Barcellona per simulare la manutenzione. Riescono così a capire come avviene l’usura dell’impianto, in base a che tipo di utilizzo e quindi programmare la manutenzione di conseguenza. Anche Bonfiglioli che produce riduttori per parchi eolici ha interesse in questo campo. Pensate a dove sono collocate le pale eoliche, spesso in cima a montagne o in mezzo al mare. Conoscere in anticipo l’usura ed eventuali rotture, consente di risparmiare risorse e soprattutto evitare interruzioni di forniture di energie dovuta a manutenzione straordinaria.

Leonardo lavora sempre al 100% del suo potenziale di calcolo?
C’è un sistema automatico di schedulazione per code che gestisce la domanda ed ottimizza il riempimento. Pensi ad una nave che deve essere caricata da containers, lo spazio va ottimizzato. Leonardo lavora allo stesso modo. Cerchiamo sempre di utilizzare simultaneamente la maggiore quantità di processori tenendo conto della domanda. Quindi si formano delle code quando c’è particolare domanda di calcolo. Quello che spesso facciamo è segmentare un problema in più pezzi per riempire le varie macchine. Alcuni progetti su intelligenza artificiale generativa, ad esempio in campo linguistico oppure studio del DNA e genoma per la medicina di precisione, richiedono centinaia di petaflop che scalano quasi tutto il sistema Leonardo. Per questo motivo lo sviluppo dei supercomputer è fondamentale e strategico per lo sviluppo della digital transformation di un Paese.

Quando costa il sistema Leonardo?
Il costo generale di tutto il sistema inclusa l’energia per cinque anni è di circa 270 milioni di euro, l’investimento sulle macchine è stato sui 130 milioni di euro.

Quanta energia richiede tutto il sistema?
Quando tutti i processori di Leonardo sono attivi ed al massimo utilizzo arriviamo a 9 megawatt ma l’utilizzo medio è attorno ai 7,5 megawatt

Perché è stata scelta proprio Bologna per ospitare Leonardo?
Il Cineca è stato fondato nel 1969 a Bologna con motivazioni logistiche ed ambientali. Un hub così strategico deve essere collato in un punto adatto dal punto di vista dei trasporti ma anche dove esistono competenze e l’Università di Bologna è il luogo giusto. Il progetto Leonardo è stato avviato diversi anni fa ed ha visto passare vari governi di differenti colori politici e nessuno ha mai messo in discussione Bologna. Forse i tortellini avranno aiutato!