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Il supercalcolo guarda alla frontiera quantistica. L’Europa chiede spazio

Tradizionalmente associati al mondo della ricerca scientifica per confermare l'attendibilità o meno delle ipotesi formulate a livello di laboratorio, questi cervelloni hanno trovato via via impiego in altri campi

di Gianni Rusconi

(Lev - stock.adobe.com)

4' di lettura

L'esigenza di processare volumi di dati sempre maggiori, richiede risorse computazionali crescenti: è un assunto se vogliamo scontato, che la storia dell'informatica ci ha proposto varie volte negli anni per motivi molto diversi fra loro, dalla gestione del cambio di millennio (proteggendo i sistemi dagli attacchi dei cybercriminali) alla diffusione massiva di “tecnologie” come il cloud computing o l'Internet of Things.

I supercomputer, meglio noti fra gli addetti ai lavori con l'acronimo HPC-High Performance Computing, sfruttano generalmente risorse operanti in parallelo per svolgere ad altissime prestazioni un lavoro di calcolo o di elaborazione dei Big Data.

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Tradizionalmente associati al mondo della ricerca scientifica per confermare l'attendibilità o meno delle ipotesi formulate a livello di laboratorio, questi cervelloni hanno trovato via via impiego in altri campi grazie alla capacità di effettuare simulazioni la cui complessità rientra nell'ordine di numeriche al di fuori della porta dei comuni pc o dei server presenti nella stragrande maggioranza dei data center.

La medicina, la finanza e le energie rinnovabili, la climatologia e le previsioni meteorologiche, l'universo tecnologico (cybersecurity, blockchain e intelligenza artificiale) e il settore ingegneristico (aerospaziale e automotive) e quello della bioingegneria in particolare sono i principali ambiti dove i supercomputer trovano applicazione.

Non deve sorprendere, in tal senso, come l'Unione europea sia al lavoro per sviluppare una delle reti di supercalcolo più potenti al mondo per supportare la transizione digitale dei Paesi membri o come il supercomputer Cresco6 in esercizio presso il Centro Ricerche Enea di Napoli Portici abbia dedicato centinaia di migliaia di ore di calcolo e simulazioni alla lotta conto la pandemia di Covid-19.

Per capire l'ordine di grandezza della potenza di queste macchine si può ricorrere a un semplice esempio: un sistema HPC presente nella “Top500”, la classifica che dal 1993 mette i fila attraverso un apposito benchmark (Linpack) i più potenti supercomputer del pianeta, è in grado di svolgere in pochi millisecondi un processo di calcolo che a una comune workstation richiederebbe anche diversi anni.

Ciò che distingue questi sistemi dal tradizionale personal computer non è solo l'enorme capacità di elaborazione dei dati ma la loro architettura hardware-software. Se dal punto di vista prestazionale i supercomputer operano ormai sulla scala degli Exaflop, unità di misura che equivale a un trilione di operazioni in virgola mobile al secondo, le dimensioni fisiche e il numero di core da alimentare impongono una gestione che tenga necessariamente conto di parametri molto spinti in termini di sostenibilità economica ed ambientale, trattandosi di sistemi particolarmente energivori.

La Top500 e la guerra fra chip maker

La classifica dei super cervelloni ha una rilevanza che va al di là della potenza prestazionale e tocca la sfera del predominio tecnologico su scala globale, che si gioca su due piani: il primo vede gli Stati Uniti e la Cina contendersi il primato con l'Europa a giocare da illustre outsider, il secondo mette in competizione i produttori di semiconduttori americani e asiatici.

L'inizio del 2022 ha visto l'insediamento al vertice della Top500 del supercomputer Frontier di HPE (Hewlett Packard Enterprise) Cray basato su tecnologia Amd Epyc, collocato presso il Dipartimento dell'energia dell'Oak Ridge National Laboratory, in Tennessee, e primo esemplare al mondo capace di superare la barriera dell'Exaflop.

A cedergli il posto Fugaku, avanguardia giapponese targata Fujitsu, mentre il terzo gradino del podio è al momento occupato da una macchina sviluppata in Finlandia (sempre da HPE), Lumi, che precede due sistemi motorizzati con i chip Power9 di Ibm.

Il tutto in attesa che entri in graduatoria (al quinto posto) il supercomputer italiano Leonardo, installato presso il Cineca di Bologna. La supremazia del silicio a stelle e strisce con Amd e Intel (il colosso di Santa Clara è impegnato da anni nello sviluppo del supercomputer di classe exascale Aurora, che dovrebbe vedere la luce entro fine anno) è per così dire “subordinata” alle possibili mosse cinesi.

Sarebbero infatti ben due i sistemi HPC pronti al lancio in grado di raggiungere una capacità di picco pari a 1,3 Exaflops e uno di questi sarebbe l'evoluzione dell'attuale Sunway TaihuLight, cervellone da oltre 10 milioni di core che occupa il sesto posto della Top500. Il nuovo “modello” ne utilizzerebbe quattro volte tanto (40 milioni dunque, per una potenza superiore ai 500mila petaflops) e sarebbe destinato ad applicazioni di calcolo quantistico per simulare complessi modelli di deep learning basati su reti neurali.

In altre parole una macchina capace di alzare ulteriormente l'asticella della potenza elaborativa per analizzare le proprietà di più sistemi quantistici che interagiscono tra loro, in campi quali la chimica quantistica e la fisica della materia condensata.

La sfida europea del computing quantistico

Nella partita del supercomputing un ruolo da protagonista lo reclama anche l'Europa. Se il progetto EuroHPC non conoscerà intoppi, entro il 2023 saranno infatti 6 i computer quantistici completamente “made in Ue” in attività, e uno di questi sarà ospitato in Italia (molto presumibilmente al Cineca).

Un tassello fondamentale verso la sovranità digitale del Vecchio Continente, ripetono da Bruxelles, ma anche una preziosa risorsa su cui fare leva nella lotta contro il cambiamento climatico, proprio perché la velocità di calcolo garantita dai sistemi “a qubit” è decisamente superiore alle potenzialità dei supercomputer tradizionali.

Quella che sta prendendo forma è una vera e propria rete di risorse distribuite di calcolo ad alta potenza, da mettere a disposizione del mondo della ricerca e di quello industriale, impiegandola nella risoluzione di complessi problemi in ambito logistico, per il testing in ambienti virtuali di nuovi materiali (polimeri per aerei, convertitori catalitici per automobili, celle solari per immagazzinare energia a tempo indeterminato) e lo sviluppo di farmaci creando un vero e proprio digital twin del corpo umano.

Il sogno di un'Europa leader nei sistemi di calcolo non è utopia e per trasformarlo in realtà sono stati stanziati, nell'arco temporale 2021-2027, diversi miliardi di euro del piano Next Generation Eu. Basteranno per vincere la concorrenza Usa e cinese?

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