intelligenza artificiale

Benvenuti nel mondo del supercomputer più potente d’Europa

Giovedì 6 febbraio 2020 circa 8 minuti di lettura In deutscher Sprache

Recentemente “incrementato”, può raggiungere la strabiliante capacità di eseguire 25 milioni di miliardi di operazioni matematiche al secondo. È la star del Centro Svizzero di Calcolo Scientifico a Lugano
di Paolo Rossi Castelli

La pesante porta di cristallo del Centro Svizzero di Calcolo Scientifico si apre, e dai grandi spazi che accolgono - in via Trevano 131 a Lugano - il più potente supercomputer d’Europa (e il sesto nel mondo) arriva, inaspettato, il frastuono tipico di una fabbrica meccanica: non il silenzio, come ti aspetteresti, che accompagna normalmente le apparecchiature elettroniche, ma un rimbombo assordante. Come mai? Bisogna dire subito che qui non abbiamo di fronte i pc, per quanto potenti, che siamo abituati a vedere negli uffici: Piz Daint (così si chiama il supercomputer, dal nome di una montagna dei Grigioni) è alto due metri ed è formato da una quarantina di “colonne” nere, che sembrano piccoli edifici collegati fra loro da una serie di archi. Il tutto con una decina di migliaia di processori, schede e chilometri di cavi, che producono una potenza di calcolo difficile anche solo da raccontare: 25 petaflops, ossia 25 milioni di miliardi di operazioni matematiche al secondo (per avere un’idea di cosa significhi, un giorno di calcolo di Piz Daint equivale al lavoro eseguito in 3’000 anni da un normale laptop). Questa potenza, per esprimersi, richiede un’altissima quantità di energia elettrica e produce un’altrettanto grande quantità di calore. Il rumore deriva fondamentalmente da questo: dalle ventole necessarie per raffreddare il “mostro” (in senso buono...)

Piz Daint, insieme ad altri supercomputer (tutti con nomi di montagne svizzere), è ospitato, dicevamo, di fronte allo stadio comunale, in un angolo di futuro realizzato e gestito dal Politecnico federale di Zurigo. Per smaltire il calore generato dai supercomputer occorre pompare l’acqua fredda dal lago di Lugano (prelevandola a 45 metri di profondità, dove la temperatura è di circa 6 gradi), farla correre in apposite tubature per 2,8 chilometri lungo il Cassarate, spingerla all’interno dei radiatori che raffreddano il flusso esorbitante di dati, e restituirla al lago, calda (19 gradi), ma non troppo. Il Centro Svizzero di Calcolo Scientifico (CSCS o, nella definizione inglese, Swiss National Supercomputing Centre) consuma energia elettrica, da solo, come un affollato quartiere, ed è progettato per arrivare a utilizzare (se crescerà ancora) 25 megawatt di potenza, cioè l’equivalente di una cittadina di 20’000 abitanti, pur avendo un’area soltanto di 2’000 metri quadrati (l’equivalente di 8 o 9 grandi appartamenti): lì, in quell’openspace con le pareti di cemento e cristallo, si produce un calore “concentrato”, che sarebbe difficile da abbattere, senza il fondamentale contributo del lago.

«Piz Daint viene usato per un’ampia serie di ricerche nei settori più diversi - spiega Maria Grazia Giuffreda, condirettore del CSCS. - La parte del leone è quella della scienza dei materiali, seguita da astrofisica, fisica dei plasmi, geofisica, clima e molte altre discipline». Da qui sono passate ricerche molto importanti, come quella di Lucio Mayer, dell’Università di Zurigo, che ha permesso di realizzare una simulazione realistica della nascita di una galassia come la Via Lattea. Una struttura così impegnativa (da tutti i punti di vista) richiede il lavoro di 120 persone, che arrivano da 25 nazioni diverse, con costi operativi e del personale di 19 milioni di franchi all’anno, più 20 milioni per l’hardware, più altri 3 per sviluppare nuovi codici. Era opportuno realizzarla (in Europa ne esistono solo altre 4, di questa portata)? Sì, perché la Svizzera ha una fortissima vocazione per la ricerca scientifica e tecnologica, e il Politecnico di Zurigo figura da anni nelle classifiche delle 10 università più prestigiose del mondo. Dunque era inevitabile, verrebbe da dire, dotarsi di computer potentissimi, per consentire ai ricercatori di procedere nei loro studi sempre più ampi, approfonditi e complessi. «Negli Stati Uniti, in Cina e Giappone esistono alcune macchine ancora più potenti della nostra - continua Maria Grazia Giuffreda - ma non è sempre facile e possibile usarle, ancora. Per quanto riguarda il CSCS, cerchiamo in ogni modo di rendere i codici e le interfacce utilizzabili da tutti, e offriamo l’assistenza di team di specialisti ai diversi gruppi di ricerca che desiderano accedere a Piz Daint. Anche per questo i nostri supercomputer girano al massimo delle loro capacità, senza tempi morti (a parte quelli normali della manutenzione)».

Ma quanto può costare ai ricercatori (svizzeri, e anche stranieri) utilizzare queste “macchine”, collegandosi dall’esterno, per far avanzare i loro studi? «Nulla, il Politecnico di Zurigo non chiede compensi alle università e alle altre istituzioni che partecipano ai concorsi per poter accedere a Piz Daint - risponde Michele De Lorenzi, vicedirettore del CSCS. - I lavori scientifici proposti devono però essere eccellenti e di alto valore scientifico. Ogni sei mesi lanciamo un bando di concorso (una “call for proposals”, come si dice in gergo), e per ogni progetto ricevuto ci sono due revisori esperti, non svizzeri (in modo da evitare conflitti di interesse), che ne valutano il merito scientifico, e due esperti tecnici del CSCS che verificano la compatibilità con Piz Daint e con gli altri nostri servizi. Viene infine stilata una classifica, in base a una serie di parametri uguali per tutti, che servirà per distribuire in modo equo le risorse. In genere riceviamo richieste di 3-4 volte superiori alle nostre possibilità». Diverso è il discorso per le aziende private: possono affittare le macchine, compatibilmente con le risorse disponibili, ma, in questo caso, devono pagare per il servizio.

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Il Centro svizzero di calcolo scientifico era nato a Manno, nel ’91. Dopo una ventina d’anni, però, la struttura iniziale è diventata troppo piccola, senza la possibilità di espandersi anche per un problema di forniture elettriche, insufficienti in quella zona. Così, è stato lanciato il progetto per la nuova sede, in via Trevano, inaugurata nel 2012, che ogni giorno viene “sfiorata”, oggi, da migliaia di automobilisti, forse inconsapevoli del fatto che dietro quel cubo di cristallo verde ci sono gli openspace con i computer d’avanguardia. «La Confederazione, tramite il Politecnico di Zurigo, ha speso 86 milioni di franchi per questo stabile - continua De Lorenzi. - Poi, naturalmente, è stato necessario investire altre cifre ingenti per i computer, che vanno sostituiti, o aggiornati radicalmente, ogni 4 o 5 anni».

Il CSCS non ha un piccolo impatto sull’ambiente, come dicevamo, ma gli aspetti ecologici sono stati curati al massimo. «L’energia elettrica che utilizziamo (attualmente siamo nell’ordine di 4,6 megawatt, pur avendo l’autorizzazione per arrivare a 25) è di provenienza “verde”, cioè idroelettrica - aggiunge De Lorenzi. - In più, i nostri supercomputer sono fra i più efficienti, dal punto di vista energetico, e dunque consumano meno, a parità di potenza di calcolo, rispetto agli altri. Anche il sistema di raffreddamento è stato progettato per recuperare energia. Una turbina, per esempio, collocata nel parco Ciani, sfrutta il dislivello fra via Trevano e il lago per produrre corrente elettrica grazie al flusso dell’acqua di ritorno. Infine, gli esperti ci assicurano che la circolazione della nostra acqua di raffreddamento aiuta una parte del lago a ossigenarsi, perché crea un movimento positivo».

Il primo computer montato a Manno aveva una potenza di 5,5 gigaflop, cioè poco più della metà di quelle che, oggi, sono le prestazioni di un normale smartphone (10 gigaflop)! Adesso, in via Trevano, si è arrivati all’ordine dei petaflop, un miliardo di volte superiore ai gigaflop... Per chi si intende un po’ di matematica, si è passati da 10 alla sesta a 10 alla quindicesima (ossia 1 con 15 zeri). E il mondo ormai sta andando verso gli exaflops (10 alla diciottesima).

Piz Daint è stato realizzato su misura per il CSCS dall’azienda americana Cray Inc. Teoricamente anche altri enti, o aziende, potrebbero comprarne uno simile, ma i costi sono altissimi. Solo l’ultimo aggiornamento (upgrade), molto sostanzioso perché sono stati cambiati i processori e le schede grafiche, è costato 40 milioni di franchi! «Queste macchine - spiega Maria Grazia Giuffreda - evolvono in continuazione. Una delle migliori abilità, per chi le gestisce, è quella di renderle utilizzabili pienamente da subito: altrimenti il tempo necessario per imparare può allungarsi a tal punto che, quando le persone sono pronte, il computer è già da sostituire, con un evidente paradosso... È strano vivere in un mondo, come questo, in cui appena si monta una macchina si pensa già a quella successiva. Diciamo che non ci si annoia mai!»

Ma c’è anche un altro paradosso. Anni fa il problema di chi gestiva i grandi computer era quello di ottenere un numero sufficiente di dati. Adesso, invece, i dati forniti da queste supermacchine sono talmente tanti che il problema è diventato come gestirli (buttarli, se necessario, ricalcolarli, selezionarli...), ed è nato un filone della ricerca dedicato proprio a questo: il “Data Science”, ovvero la Scienza dei dati, che sta acquisendo un ruolo sempre più importante.

Dove si arriverà in questa continua rincorsa a macchine sempre più potenti? «Le risorse non sono (e non saranno) mai abbastanza - dice Maria Grazia Giuffreda. - Più risorse si danno agli scienziati, e più loro ne chiederanno, perché c’è sempre un ricercatore con le idee più avanzate degli altri...»