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Piz Daint, il supercomputer svizzero

 By Nicholas Newman

La Svizzera ospita non solo orologiai, banchieri e cioccolatieri, ma anche un supercomputer: il sistema 19.6 petaflop Cray XC50/XC40 è soprannominato “Piz Daint” ed è installato nel Centro Nazionale di Supercomputing (CSCS)…

Il soprannome è ispirato dalla limitrofa vetta della montagna ed è tra i supercomputer più importanti d’Europa, in terza posizione come “macinatore di numeri” più potente del mondo, dopo il Sunway TaihuLight e il Tianhe 2 della Cina. (Per quelli di noi che non hanno familiarità con i termini tecnici, un petaflop è la capacità di un computer di fare un quadrillione di operazioni in virgola mobile al secondo, i cosiddetti FLOPS).
Il computer “Piz Daint”, gestito dal CSCS, si trova vicino a Lugano, vicino al confine italiano. Questo supercomputer è utilizzato dal servizio meteorologico svizzero per i modelli climatici e per la ricerca da parte di scienziati di tutto il mondo con sede all’interno di istituzioni che comprendono l’Istituto di Fisica delle Particelle, il progetto “Human Brain”, le università di Basilea, Berna e Ginevra e aziende come la società farmaceutica Novartis, la compagnia di assicurazioni Partner Re e la “Swiss Railways SBB”.

supercomputer Piz Daint
Il supercomputer Piz Daint è un ibrido di sistemi Cray XC40/XC50 (cscs.ch)

Come viene utilizzato?

Utilizzando il “Piz Daint”, gli scienziati hanno avuto un notevole successo nell’analizzare il genoma umano, l’origine della vita sulla terra e le condizioni meteorologiche di estrema entità. Ad esempio, con i normali computer, la ricerca di geni legati alla capacità della memoria è stata equiparata alla ricerca del proverbiale “ago nel pagliaio”. Con l’aiuto del supercomputer “Piz Daint”, gli scienziati dell’Università di Basilea sono stati in grado di scoprire interrelazioni nel genoma umano che potrebbero semplificare la ricerca di “molecole di memoria” che potrebbero condurre all’ottenimento di trattamenti medici più efficaci per le persone con disturbi della memoria.
Per quanto riguarda l’origine della vita sulla terra, le condizioni estreme di temperatura e la pressione causata dalle prese d’aria idrotermali nelle profondità dell’oceano, insieme alle loro strutture specifiche – conseguenza di minerali ricchi di solfuro e di mancanza di luce – sono considerate come terreno fertile ideale per l’evoluzione chimica delle molecole organiche, gli elementi costitutivi della vita. Ricercatori provenienti da Ungheria, Svizzera e Italia stanno utilizzando il “Piz Daint” per simulare la catena di reazione che permette la formazione di ammoniaca (NH3) che è una delle molecole prebiotiche che sono la chiave dell’origine della vita.

materia bianca risonanza magnetica
Identificazione delle connessioni di materia bianca (a colori) tra le regioni cerebrali corticali utilizzando la risonanza magnetica diffusa (Università di Basilea)

In riferimento al clima, in Europa si sta oggi assistendo, con allarmante regolarità, a eventi meteorologici estremi, come le piogge torrenziali sul versante settentrionale delle Alpi e nell’Europa centrale, che spesso provocano alluvioni nei fiumi Elba, Danubio e Reno. Gli scienziati dell’Università di Berna hanno utilizzato i modelli climatici del “Piz Daint” per indagare la fonte di queste precipitazioni anomale. I risultati prodotti da questi modelli hanno concluso che ciò era dovuto all’azione delle raffiche dei cicloni che raccolgono l’umidità dalla superficie riscaldata del Mar Mediterraneo.

Alcuni fatti sul “Piz Daint”

Il sistema originale “Piz Daint” Cray XC30 venne installato nel dicembre 2012. Questo sistema è poi stato ampliato con “Piz Dora”, un Cray XC40 con 1256 nodi di calcolo, nel 2013. Nell’ottobre 2016, al costo di 35 milioni di euro, il “Piz Daint” e il “Piz Dora” sono stati aggiornati e integrati nell’attuale sistema XC50/XC40 con GPU NVidia Tesla P100. Secondo l’elenco del sito web TOP500, il nuovo sistema risulta essere il “secondo supercomputer più efficiente in ambito energetico”, dietro a un sistema NVidia che anch’esso utilizza GPU P100.
I supercomputer si trovano in una sala macchine che misura circa 2000 metri quadrati senza un singolo pilastro di supporto o partizione; tutto questo per ridurre al minimo eventuali restrizioni al processo di installazione e al funzionamento futuro dei supercomputer.

fiume Aare Berna
Dopo numerosi temporali e piogge, nell'agosto 2005 il fiume Aare ha invaso parte della città svizzera di Berna. (Tomas Wüthrich, cscs.ch)

Il Centro Nazionale di Supercomputing è costituito da un ambiente di lavoro prettamente internazionale, con circa 90 dipendenti rappresentanti di oltre 16 diverse nazionalità, che supervisionano più di 1000 utenti alla guida di circa 91 progetti di ricerca.
Il CSCS utilizza ogni giorno tanta energia elettrica quanto quella di una piccola città. Circa un terzo di questa elettricità viene utilizzata per il raffreddamento. I computer si surriscaldano e devono essere raffreddati altrimenti si sciolgono. Il “Piz Daint” viene raffreddato con oltre 760 litri d’acqua al secondo dal vicino Lago di Lugano. L’utilizzo di acqua fredda proveniente dal lago riduce notevolmente il consumo complessivo di elettricità. L’acqua, presa a 45 metri dalla superficie è di circa 6 gradi. Per motivi ecologici, l’acqua di ritorno nel lago non deve mai superare i 25 gradi.
Di una cosa siamo certi: il supercomputer “Piz Daint” è e rimarrà probabilmente negli anni a venire, nell’ambito della ricerca, una risorsa di notevole importanza.

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Nicholas Newman