I Supercomputer: milioni di miliardi di calcoli per ambiente e sicurezza

Se ne parla molto meno rispetto a tecnologie come l’intelligenza artificiale, il 5G o addirittura i computer quantistici, eppure nel campo dei supercomputer è in corso una delle battaglie più accese tra Cina e Stati Uniti. Prima di tutto: che cos’è un supercomputer? Si tratta di macchinari immensi, pesanti centinaia di tonnellate e costituiti da altrettanti computer delle dimensioni (più o meno) di un frigorifero tutti connessi tra di loro. La velocità di calcolo di questi sistemi raggiunge le decine, se non centinaia, di milioni di miliardi di operazioni al secondo (petaflops).

Messo così, questo immenso numero non dice molto. Per farsi un’idea del suo valore, basti pensare che questi supercomputer vengono utilizzati nei settori più strategici della scienza, della ricerca industriale e della sicurezza. Gli Stati Uniti, per esempio, li utilizzano anche per simulare l’esplosione di una bomba nucleare, creando un modello virtuale del suo comportamento con una precisione che raggiunge la frazione di secondo.

In altri casi, i supercomputer vengono sfruttati per sconfiggere le malattie: è il caso del supercomputer impiegato da un ospedale di Kansas City, in grado di analizzare 120 miliardi di sequenze di DNA per scoprire la variante genetica responsabile di una particolare malattia del fegato. E ancora: la General Motors utilizza questa tecnologia per simulare i crash test, mentre altre istituzioni li usano per capire più a fondo il comportamento dei terremoti o degli uragani, per prevedere le conseguenze del cambiamento climatico, per ricreare il big bang o cercare di riprodurre digitalmente il cervello umano.

Insomma, i supercomputer vengono impiegati in settori fondamentali. Non stupisce allora che gli USA abbiano sofferto parecchio durante i cinque anni in cui il supercomputer più veloce del mondo è appartenuto alla Cina. Nel 2013, la vetta della prestigiosa classifica Top500 è stata infatti conquistata dal Tianhe-2A: una macchina da 125 petaflops che ha mantenuto il primato fino al 2016.

Questo supercomputer, però, montava processori statunitensi Intel; un aspetto che, da un certo punto di vista, rendeva meno sorprendente la conquista cinese. Le cose sono cambiate con l’arrivo di un nuovo supercomputer made in China: il Sunway TaihuLight (140 petaflops), che dal 2016 al 2018 ha rappresentato l’orgoglio nazionale in campo tecnologico, essendo stato costruito usando solo tecnologia cinese.

Nel giugno del 2018, però, gli Stati Uniti si sono presi una sonora rivincita, presentando il loro nuovo sistema: Summit, costruito da IBM e dotato di processori Nvidia. Questo colosso, costituito da 256 enormi computer connessi tra di loro, raggiunge l’inaudita velocità di 200 petaflops, è in dotazione all’Oak Ridge Laboratory del Dipartimento dell’Energia USA ed è stato progettato per carichi di lavoro che includono fisica nucleare, sismologia e scienza del clima.

Anche il secondo posto di questa classifica è stato riconquistato dagli Stati Uniti con il sistema Sierra (125 petaflops), utilizzato dalla National Nuclear Security Administration per la già citata simulazione delle testate nucleari. Tutto questo, però, non significa che gli Stati Uniti siano saldamente in cima alla classifica. Al contrario.

La Cina sta lavorando alacremente per essere la prima nazione a raggiungere la nuova frontiera nel campo dei supercomputer, quella dei cosiddetti sistemi exascale: macchinari in grado di raggiungere un exaflop di velocità (un miliardo di miliardi di calcoli al secondo) e di cui sono già stati presentati i due primi prototipi. Il loro sviluppo dovrebbe venire ultimato nel 2021, per poi venir messo al servizio della ricerca scientifica e tecnologica; consentendo alla Repubblica Popolare di riconquistare il primato da poco sfuggito.

Non è tutto, però. Perché già oggi la Cina possiede ben 206 dei 500 supercomputer più potenti del mondo (nel 2001 non ne possedeva neanche uno); mentre la quota statunitense continua a declinare: dai 145 del 2017 ai 124 di oggi. Nonostante il successo di Summit e Sierra, insomma, sembra proprio che in questo specifico settore la Cina sia comunque riuscita a consolidare una posizione di tutto rispetto. In questa sfida, il ruolo del terzo incomodo lo giocano sempre gli stessi: Giappone ed Europa. Almeno in questo caso (e nonostante il Giappone possa contare sul settimo posto del suo sistema Abci), il Vecchio Continente non se la passa male. Non è merito solo dello svizzero Piz Daint (quinto posto), ma anche di alcune nazioni appartenenti all’Unione Europea come Germania e, sorprendentemente, Italia.

Per quanto oggi sia stato superato dal tedesco SuperMUC-NG (27 petaflops), per lungo tempo il supercomputer più potente di tutta l’Unione Europea è infatti stato il HPC4 situato nel data center di Eni in provincia di Pavia. Una macchina in grado di raggiungere i 22 petaflops e che viene utilizzato per trovare giacimenti di petrolio e gas naturale. Non è l’unico strumento in dotazione all’Italia, che può contare anche sul Marconi (19esima posizione) di proprietà del Cineca, consorzio interuniversitario che si occupa di ricerca scientifica e informatica. Se non bastasse, l’Unione Europea nel suo complesso sta lavorando per costruire quattro nuovi supercomputer, di cui due dovrebbero posizionarsi nelle prime cinque posizioni della classifica e gli altri due arrivare comunque nella top 25. Non solo: questi sistemi (che dovrebbero venire prodotti entro il 2020) verranno costruiti per la prima volta usando solo tecnologia europea, essendo in fase di sviluppo attraverso la European Processor Initiative.

Nel complesso, Bruxelles ha stanziato qualcosa come 1,4 miliardi di dollari, divisi in parti uguali tra Unione Europea, i 25 stati membri che partecipano all’iniziativa e numerosi partner privati. Nella lotta a due tra Stati Uniti e Cina, l’Unione Europea (almeno nel campo dei supercomputer) sembra non avere nessuna intenzione di stare a guardare.

Con una performance massima di 18,6 Petaflops, l’HPC4 di Eni ha ditigalizzato l’intera struttura operativa dell’azienda. Parte integrante di una trasformazione digitale, questa tecnologia di ultima generazione massimizzerà l’efficienza e l’uso sostenibile delle risorse.

Secondo l’AD di Eni, Claudio Descalzi, l’HPC4 possiede il potenziale per cambiare l’industria energetica in generale. “Con l’HPC4 stiamo tracciando la strada per l’utilizzo di supercalcolatori dotati di sistema exascale nel settore energetico potrebbe rivoluzionare il modo in cui vengono gestite le attività petrolifere e del gas. In linea con la politica di sostenibilità di Eni, il Green Data Center dell’azienda e il nuovo HPC4 sono stati progettati per garantire il massimo livello di efficienza energetica al fine di minimizzare le emissioni di CO₂ e i costi operativi”.

Anche British Petroleum (BP) ha annunciato il proprio investimento nel suo ultimo supercalcolatore. Il supercalcolatore più potente del mondo sarà utilizzato per l’avanzamento di opportunità di ricerca come la fisica delle rocce (le proprietà fisiche di una roccia e come queste vengono influenzate dall’ attività sismica). Il sistema informatico exascale può anche contribuire a combattere le minacce cibernetiche delle infrastrutture critiche. In un mondo che fa sempre più affidamento sui computer per gestire quasi tutti gli aspetti della nostra vita quotidiana, dalle attività bancarie alla fornitura di energia agli acquisti online, la complessità e la frequenza degli attacchi informatici è in aumento.

In un rapporto rilasciato dal Laboratorio Nazionale di Idaho su questo argomento, i ricercatori hanno scoperto che lo sviluppo di reti intelligenti ha reso le aziende energetiche più esposte ad attacchi informatici. La relazione ha sottolineato che “non c’è alcuno sforzo di mitigazione che possa essere efficace al 100%. Un meccanismo di difesa che funziona oggi, potrebbe non essere efficace domani – i modi e i mezzi degli attacchi informatici sono in continuo cambiamento. È fondamentale che tutti i partecipanti del settore energetico siano consapevoli dei cambiamenti a cui è soggetta la sicurezza informatica e continuino a lavorare per prevenire potenziali vulnerabilità nei sistemi che gestiscono.

I supercalcolatori combinati con l’Intelligenza Artificiale consentono un migliore processo di machine learning. Attraverso un apprendimento più rapido ed efficiente è possibile individuare e prevenire con maggiore precisione i modelli e le minacce cibernetiche, garantendo all’industria energetica e alle sue infrastrutture critiche una maggiore sicurezza.
Volendo accedere ai dati, l’Europa ha recentemente impegnato 1 miliardo di dollari per migliorare le capacità di calcolo dei supercalcolatori. Gli Stati Unitisperano di poter disporre di un sistema exascale completo entro i prossimi tre anni, entro il 2021.