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Leonardo, il supercomputer di Bologna che competerà con i migliori al mondo

A metà 2022 nei padiglioni del Tecnopolo di Bologna sarà acceso il supercomputer Leonardo. Un evento di rilievo internazionale perché Leonardo sarà uno dei computer più potenti al mondo, e sarà gestito dal Cineca, il consorzio italiano che si occupa di supercalcolo e delle sue applicazioni.

Scienziati, tecnici e ingegneri si metteranno all’opera per garantire a tutta Europa l’operatività di Leonardo. L’esperienza c’è già: dal 2017 nei loro data center di Bologna gli uomini e le donne del Cineca stanno gestendo un altro supercomputer, il Marconi 100, che diventerà a tutti gli effetti il fratello minore di Leonardo.

Numeri alla mano Leonardo sarà 10 volte più potente e almeno 20 volte più efficiente per le applicazioni rispetto a Marconi100, che di suo è già 14 esimo al mondo (classifica Top500 HPCG). Considerando i valori in campo Leonardo sarà tra i primissimi al mondo. Proprio per questo consumerà molto in termini energetici, quanto 180 mila persone.

Ma che cos’è un supercomputer? E perché se ne parla da così tanto tempo? Lo abbiamo chiesto a Mirko Cestari, coordinatore del gruppo che si occupa dell’evoluzione della struttura di performance computing e cloud del Cineca.

Mirko Cestari tra i rack del Marconi 100 del Cineca. Leonardo sarà 10 volte più potente. Cestari è il coordinatore del gruppo che si occupa dell’evoluzione della struttura di performance computing e cloud del Cineca

A metà del 2020 il supercomputer Leonardo sarà installato e diventerà operativo nel Tecnopolo di Bologna. Cos’è un supercomputer?
Un supercomputer è un insieme di server, quindi macchine capaci di calcoli, tutte interconnesse. Il supercomputer Leonardo nello specifico potrà contare su 14 mila acceleratori Gpu, cioè processori nati per elaborazioni grafiche vettoriali e quindi particolarmente adatti per affrontare nella maniera migliore gli algoritmi scientifici. Leonardo non sarà contenuto in un gigantesco armadio, ma fisicamente si distribuirà lungo una serie di torri o armadi chiamati rack, in ognuno dei quali saranno “infilati”, un po’ come fossero cassetti, tante lame o “blade”, server sottilissimi alti pochi centimetri e ospitanti due “nodi”, quindi 8 gpu. I conti sono presto fatti: solo per la parte elaborativa ed escludendo gli storage (e quindi gli hard disk con conterranno i dati), Leonardo sarà composto, solo per parte di elaborazione pure, da 116 rack, un labirinto di armadi alti e neri, tutti interconnessi con latenze piccolissime, nell’ordine del microsecondo.

Leonardo in numeri

  • 240 petaflops di potenza di picco (milioni di miliardi di operazioni al secondo)
  • 150 rack (armadi)
  • 5000 server,
  • 6500 cpu e 14000 gpu
  • 1000 mq di data center
  • 2000 mq di sovrastruttura elettrica
  • 1500 mq di motogeneratori per le emergenze
  • 2500 mq di macchinari per il raffreddamento
I moderni supercomputer vengono raffreddati ad aria e ad acqua, un intervento indispensabile per mantenere sotto controllo le temperature delle Cpu e degli altri componenti. Leonardo sarà raffreddato ad acqua.

A cosa servirà Leonardo?
Leonardo sarà usato da chi si occupa di ricerca scientifica, ma anche dall’industria. Se ne possono immaginare gli usi guardando a quel che già succede con l’attuale supercomputer Marconi100. Durante la pandemia tutte le operazioni del Marconi sono stato interrotte per due giorni di seguito per lasciare spazio ad uno screening dei migliori farmaci e relativi principi attivi capaci di opporsi al Covid. Una simulazione importantissima, resa possibile da un progetto nato anni prima e destinato alla ricerca del virus Zyka. Una interruzione di questo tipo prende il nome di “urgente computing”. Sempre il Marconi100 è stato utilizzato dagli scienziati dell’Ingv (l’Istituto nazionale di geofisica e vulcanologia) per simulare la nascita di un futuro tsunami in seguito ad un terremoto vicino alle coste italiane. Quattro ore di sperimentazione che metteranno l’Ingv nelle condizione, qualora un terremoto al largo si verificasse veramente, di accedere al Marconi e capire in tempi utili dove lo tsunami generato andrebbe a colpire.

Con che modalità sarà usato un supercomputer come Leonardo?
Non servirà ad interagire in tempo reale con software di varia natura, come capita quando si spediscono le mail o si naviga il web attraverso un browser. Leonardo sarà utilizzato in una modalità chiamata batch, ora poco conosciuta ma utilizzatissima agli albori dell’informatica. I “programmi” saranno inseriti nel sistema e poi saranno eseguiti come fossero veri e propri problemi da risolvere. Una volta risolto il problema, e potrebbero volerci “finestre” di 2, 4 o 40 ore ad esempio, ci sarà un output, un risultato finale. L’interazione durante l’elaborazione sarà minima, o nulla. Il sistema a batch ha la funzione di poter ottimizzare al massimo l’utilizzo del supercomputer, e quindi fare in modo che la capacità di calcolo sia sfruttata il più possibile, idealmente sopra al 90%.

I server dei supecomputer sono interconnessi tra loro in modo da avere tempi di latenza nell’ordine dei microsecondi. Le connessioni internet Xdsl viaggiano sui millisecondi. Un microsecondo corrisponde a 0.001 millisecondi.

Chi utilizzerà Leonardo?
Saranno due le tipologie di utenti. La prima sarà formata da scienziati e studenti che parteciperanno a bandi e a chiamate (“call”) italiane ed europee, e chiederanno di poter usare la potenza di calcolo del supercomputer bolognese. A dare il via libera sarà una commissione di altri scienziati, che giudicherà l’appropriatezza e l’utilità del “problema” da far risolvere a Leonardo. Il secondo gruppo di persone che userà Leonardo sarà formato dai ricercatori privati, che lavorano per le aziende. Da un decennio si sta assistendo ad una convergenza tra i problemi che deve affrontare la ricerca e quelli che devono affrontare le aziende. Dalla ricerca sui materiali alla medicina, dalle simulazioni sul traffico a quelle sui terremoti, e molto altro ancora.

Leonardo sarà sicuro e protetto dagli attacchi hacker?
La sicurezza al 100% non esiste in natura. Leonardo sarà comunque protetto dall’Agenzia per la cybersecurity nazionale creata recentemente dal governo Draghi. Le policy di sicurezza applicate saranno le più alte perché Leonardo è già ora considerato un asset strategico per la nazionale. Un team apposito si occuperà della sicurezza del sistema. Il supercomputer sarà collegato in rete e raggiungile con protocolli super sicuri, come l’ormai ultra collaudato Ssh, che permette di inviare comandi tramite riga di comando. Altre modalità di accesso potranno essere sviluppate in futuro, ma saranno tutte attentamente controllate e valutate. Il sistema Leonardo infatti non sarà tanto appetibile per i dati che conterrà, quanto per la sua straordinaria capacità di calcolo, una potenza così grande da solleticare l’interesse di chi si occupa illegalmente di cryptoming, cioè di creare bitcoin (quindi denaro).

Perché quando si parla di Leonardo si parla anche di AI, cioè di intelligenza artificiale, e di machine learning?
Ormai gli algoritmi di questo tipo sono diffusissimi, e software per crearli sono disponibili al grande pubblico. La flessibilità di Leonardo risiederà nel poter “importare” algoritmi di intelligenza artificiale (quindi una serie di istruzioni preparate da un programmatore) e scalarli, cioè aumentare a dismisura il loro grado di complessità e dettaglio.

Quante persone lavoreranno attorno a Leonardo?
Solo per Cineca ci saranno 50 persone, tra ingeneri, sistemisti, operatori e esperti. Poi ci sarà il personale dei “tecnology provider”, cioè delle industrie che hanno fornito storage, gpu ecc. Per ognuno di questi componenti ci saranno una o due persone dedicate full time a Leonardo.


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