Il nuovo centro nazionale di ricerca sul supercalcolo, Big Data e computer quantistici muove i primi passi. Tra sfide tecnologiche e integrazioni con il mondo produttivo
Non c’è solo Leonardo, il supercalcolatore gestito da Cineca, al centro del nuovo Centro nazionale di ricerca in High-performance computing, big data e quantum computing (ICSC). Certo, è il più famoso ed evocativo tra i computer coinvolti, uno dei pochi di cui ci si ricorda il nome, ma ci sono anche laboratori, collaborazioni istituzionali e industriali, numerose sedi dislocate per l’Italia e fondi a sufficienza per affrontare sfide tecnologiche di enorme portata.
Nato con le risorse del PNRR, l’ICSC è uno dei cinque centri di ricerca fondati nel 2022 e attivi da pochi mesi. Le cifre danno la misura dell’impegno preso: 320 milioni di euro, di cui il 41% da investire necessariamente al Sud; 100 milioni dedicati esclusivamente al personale, con una partecipazione femminile di almeno il 40%, e con quasi 16 milioni di euro riservati a borse di dottorato.
La fondazione ICSC è composta da 37 università, istituti di ricerca pubblici e privati e 15 grandi aziende private. Il suo obiettivo principale è quello di costruire un’infrastruttura di calcolo distribuita e trasversale a supporto della ricerca scientifica e del mondo produttivo. La struttura “Hub-and-Spoke” prevede una struttura centrale e dieci spokes, ciascuno dedicato a una specifica area di ricerca e applicazione del supercalcolo: dalle Scienze della terra all’Astrofisica, dalla Medicina al clima, dai materiali alle Smart city.
Abbiamo avuto modo di parlare con Luca Benini, Professore ordinario del Dipartimento di Ingegneria dell’Energia Elettrica e dell’Informazione dell’Università di Bologna e leader dello Spoke 1 “Future HPC & Big Data”, per capire il ruolo di questo nuovo soggetto pubblico-privato nel sistema produttivo italiano e per conoscere più da vicino le attività che, proprio in questi mesi, prendono il via.
- Il focus principale dello Spoke 1 è lo sviluppo di tecnologie hardware e software innovative per il calcolo ad alte prestazioni . Quali attività sono previste?
Il lavoro previsto nello Spoke si incardina su due iniziative. La prima riguarda la creazione di due laboratori, con sede a Bologna e Torino, che hanno l’obiettivo di creare un ambiente fisico nel quale persone provenienti dalle realtà partner, sia scientifiche che industriali, possano lavorare insieme su prototipi di tecnologie in specifici ambiti applicativi. Quello di Bologna si concentra maggiormente sulla parte hardware, quindi nuovi processori, nuovi tipi di memorie e integrazioni di sistema. A Torino l’attenzione è più sugli aspetti software. Qui non si lavora su apparati hardware sperimentali, ma su apparati più consolidati e si portano avanti sperimentazioni su sviluppi di software innovativo e benchmarking. La seconda iniziativa comprende quelle che chiamiamo “flagship”, ovvero cinque progetti tematici gestiti come i grandi progetti europei, quindi in sinergia tra vari partner, ciascuno nel proprio luogo di ricerca. Il primo nucleo tematico riguarda l’analisi degli aspetti non funzionali dell’hardware e dei software per calcolatori ad alte prestazioni, ovvero l’efficienza energetica e l’affidabilità. Il secondo tema guarda alle cosiddette architetture eterogenee, cioè il modo in cui questi sistemi di calcolo saranno costruiti. Si tratta infatti di sistemi destinati ad essere realizzati con una specializzazione di dominio. Il focus è lo studio, la prioritizzazione e l’analisi dello stato dell’arte. Il terzo flagship guarda ai software e in particolare allo sviluppo dei workflow in applicazioni complesse. L’obiettivo è identificare quali sono i workflow più efficaci e in grado di tenere insieme i tanti layer che vengono a crearsi con i vari componenti software, necessari per sviluppare grandi applicazioni HPC. Parliamo anche di integrazione con il cloud, storage di dati e strumenti per i digital twin. Il quarto focus tematico è quello della sicurezza e dell’affidabilità. Abbiamo deciso di avere una flagship interamente dedicata, perché il tema è strategico e merita attenzione a sé. I sistemi che andremo a creare dovranno infatti essere inviolabili, così come i dati, che devono essere protetti e non condivisi. Il quinto focus infine è quello di identificare le future applicazioni che diventeranno strategiche. Piuttosto che sviluppare nuove applicazioni, in questo caso ci si concentra sul selezionare le più promettenti e in un certo senso legare insieme le attività di tutti gli altri flagship.
- Che tipo di collaborazione verrà sviluppata con le aziende?
Quasi tutte le aziende che partecipano al nostro spoke hanno l’obiettivo di capire come le nuove tecnologie di calcolo possano impattare il loro business. Il che significa non solo cercare nuove applicazioni da utilizzare nelle grandi infrastrutture di calcolo, ma anche capire come le nuove tecnologie possano essere usate all’interno dei prodotti delle aziende, magari su scala ridotta. Un esempio: una azienda come Fincantieri potrebbe avere interesse nell’esplorare l’uso un’intelligenza locale a bordo delle navi per la manutenzione predittiva o per la gestione di grandi flussi di dati dai sensori di bordo. Attività che possono essere fatte anche dal server della nave e non sono facilmente gestibili su un supercalcolatore remoto.
- Parliamo però in questo caso di un grande player italiano, come del resto tutte le aziende che fanno parte del board. Ma la maggior parte delle aziende italiane sono piccole o medie e hanno difficoltà a trarre vantaggio dalla scienza dei dati, o addirittura dal calcolo ad alte prestazioni. Spesso non sono preparate e non hanno il personale adeguato. Quale sarà il vostro ruolo in questo senso?
È vero, le imprese che partecipano come soci fondatori sono tra le più grandi in Italia. Ma ci sono dei contenitori delle PMI, come molte delle aziende consociate all’interno del socio fondatore IFAB (International Foundation Big Data and Artificial Intelligence for Human Development, ndr), che permettono anche alle realtà meno strutturate di interfacciarsi con queste tecnologie. In questo caso abbiamo previsto due modalità di ingaggio. La prima prevede la partecipazione delle aziende ad IFAB, un passaggio che consente loro di accedere agli esperimenti di prototipazione con il ruolo di osservatori, e in alcuni casi anche di supporto per alcune funzionalità. Dunque con un coinvolgimento indiretto ma comunque importante. La seconda è quella data dai Cascade funding, strumenti pensati per le aziende che possono ricevere fondi e sviluppare tecnologie. C’è una certa quantità di fondi non allocata ai partner e soci fondatori che viene destinata proprio a bandi per compagini esterne al progetto, a cui possono partecipare anche le PMI.
- Tra le attività dello Spoke è prevista anche una serie di Proof of Concept (PoC), cioè studi per valutare la fattibilità e la validità di un’idea. Ci parla di alcuni dei PoC pianificati?
Le aziende che hanno espresso interesse ai PoC industriali nello Spoke 1 sono Fincantieri, ENI, Intesa Sanpaolo, Leonardo, Unipol, Engeneering, Thales Alena Spazio, Autostrade per l’Italia & Sogei. Alcune hanno maggiore interesse all’architettura e alla parte hardware, altre hanno più esigenze di software e applicazioni. Ad esempio Eni ha bisogno del supercalcolo per fare analisi di dati provenienti da prospezioni minerarie e rilevare l’eventuale presenza di giacimenti. Noi metteremo in campo le tecniche di accelerazione delle analisi, proprio perché i dati acquisiti sono massicci e hanno bisogno di supercalcolo. Aggiungeremo inoltre gli strumenti di intelligenza artificiale per rendere più efficiente questo tipo di analisi, per aumentare la precisione, fare predizioni e ottenere informazioni importanti.
- Quando parliamo di calcolo ad alte prestazioni o di Big data pensiamo subito ad attività che richiedono grandi quantità di energia. Lavorerete anche per renderle più sostenibili?
Certamente. Uno dei temi più importanti del laboratorio di Bologna, e in parte anche del primo Flagship, è proprio quello dell’efficienza energetica degli apparati di calcolo e di come massimizzarla. Penso alle nuove architetture di processori, ai nuovi tipi di acceleratori, di memoria, ma anche alla gestione del consumo energetico negli apparati esistenti. Un sistema, ad esempio, consiste nel connettere il funzionamento dell’apparato di calcolo al sistema di raffreddamento, per farli lavorare in modo sinergico. Oppure penso all’uso delle rinnovabili per ridurre i costi di raffreddamento durante l’estate, o alle tecnologie che fanno lavorare gli apparati a temperature più alte. Più in generale guardiamo al sistema di tutto il Data center. Così come il tema della sicurezza, anche quello dell’energia è strategico e richiede una visione di insieme, che adottiamo quotidianamente.
