Il Centro Nazionale di Ricerca in High Performance Computing, Big Data e Quantum Computing si propone come una delle realtà più avanzate in Italia e in Europa per lo sviluppo di tecnologie di frontiera e progetti di ricerca applicata dedicati a tematiche specifiche. Cosa intende fare e quali sono i prossimi passi, lo spiega Francesco Ubertini, vicepresidente della Fondazione ICSC, gestore del Centro.

TAKEAWAY

• Se un giorno in Italia (e in Europa) si potranno affrontare meglio i cambiamenti climatici, ideare e sviluppare farmaci più efficaci e mirati, progettare auto a guida autonoma o sviluppare città intelligenti lo dovremo anche al Centro Nazionale di Ricerca in High Performance Computing, Big Data e Quantum Computing.
• Nato nell’estate 2022, il Centro intende creare un’infrastruttura nazionale per la ricerca applicata e l’innovazione delle aziende, mettendo a fattor comune le più grandi menti e le più importanti realtà industriali e accademiche per sviluppare idee e progetti.
• Per la sua realizzazione sono stati stanziati 320 milioni di euro, conta su 52 membri fondatori, vi opereranno 1800 ricercatori e scienziati, oltre a 500 tra nuovi ricercatori e dottorandi, e sono coinvolte 14 delle più importanti società italiane.

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In tema di tecnologie avanzate per il futuro, la nascita del Centro Nazionale di High Performance Computing, Big Data e Quantum Computing, avvenuta nell’estate 2022, è da considerarsi un passo in avanti fondamentale per l’Italia (e per l’Europa) nell’evoluzione di soluzioni abilitanti in molti campi applicativi all’avanguardia.

Parliamo di temi come la medicina computazionale, le smart city, il clima e la meteorologia, l’astrofisica. Mettere a punto in tempi più rapidi nuovi farmaci, rispondere alle emergenze provocate dai cambiamenti climatici oppure progettare le future auto a guida autonoma sono attività con un denominatore comune: la necessità di gestire enormi volumi di dati per dare loro senso e valore, possibile solo combinando infrastrutture di super calcolo, tecniche di intelligenza artificiale e contando su risorse umane del più elevato livello.

Il Cento avrà sede presso il Tecnopolo di Bologna, nel cuore della Data Valley italiana (qui si concentra buona parte della capacità di calcolo e di storage del nostro Paese), dove sono già allestiti il Data Center del Centro Meteo Europeo, il supercomputer Leonardo e il Centro di Calcolo dell’Istituto nazionale di Fisica nucleare (INFN).

«A coordinare il Centro nazionale, uno dei cinque previsti dal PNRR, sarà la Fondazione ICSC. Il suo compito sarà gestire i 320 milioni di finanziamento – con fondi Next Generation Youth approvato per i prossimi tre anni – per realizzare il più grande sistema italiano dedicato al calcolo ad alte prestazioni, alla gestione dei big data e al calcolo quantistico. Un sistema che potrà contare su 52 membri fondatori, provenienti dal mondo pubblico e privato, dalla ricerca scientifica e dall’industria. Al Centro opereranno 1800 ricercatori e scienziati (oltre a 250 nuovi ricercatori e 250 dottorandi), che entreranno a fare parte di quella che possiamo considerare come la Nazionale di calcio della ricerca e dell’innovazione: una squadra che assembla il meglio del Paese, selezionando dai singoli club, che forniscono i loro migliori talenti». 

A illustrare le caratteristiche del Centro e a farne comprendere il suo valore è Francesco Ubertini, vicepresidente della Fondazione ICSC (gestore del Centro nazionale) nonché presidente di IFAB (International Foundation Big Data & AI for Human Development), tra i fondatori del Centro Nazionale e di CINECA.

Con lui cerchiamo di approfondire le attività e i prossimi sviluppi del Centro e il suo importante ruolo nella realizzazione di tecnologie avanzate per il futuro.

Come nasce il Centro Nazionale di Supercalcolo, Big Data e Quantum Computing e quale apporto potrà fornire allo sviluppo delle tecnologie avanzate per il futuro?

Il Centro nasce come misura del PNRR, con l’obiettivo di fare ricerca e innovazione andando a coprire quell’ambito di sviluppo che va dalla ricerca di base – svolta dai centri universitari e dagli Enti pubblici – per avanzarne il livello di maturità tecnologica e portarlo al punto in cui i progetti possano assumere interesse in ambito industriale e produttivo. L’intento è quello di creare un’infrastruttura nazionale per la ricerca applicata e l’innovazione delle aziende, federando quanto già esistente o in via di installazione – High Performance Computing e big data – e sviluppandolo ulteriormente, come nel caso del quantum computing.

Intendiamo creare progetti e tecnologie avanzate per il futuro che abbiano un impatto in termini di competitività per il Paese. La logica con cui è nato questo Centro è quella di aggregare e mettere in connessione le migliori menti e i centri più importanti per lavorare in una logica di squadra. La finalità è creare massa critica con una logica che punta a un sistema hub and spoke, ovvero un sistema di gestione e sviluppo nel quale le connessioni si realizzano su determinati temi cardine.

Qual è l’elemento chiave del Centro?

Si tratta di un’operazione che non ha precedenti in Italia e che è certamente tra le più interessanti anche in Europa. È incentrata sulla capacità di mettere a fattor comune l’infrastruttura di supercalcolo del Paese – per fare ricerca scientifica e tecnologica – comprendente la rete HPC di Cineca, che tra poco inaugurerà Leonardo – il quale, con una potenza computazionale da 250 Pflops al secondo, si candida ad essere uno dei cinque HPC più potenti al mondo – la rete di calcolo dell’INFN e gli altri nodi presenti in Italia.

Oltre all’infrastruttura, vanno menzionate le competenze nei vari ambiti applicativi che verranno impiegate. Sono raggruppati i gruppi di ricerca più attivi, le eccellenze italiane provenienti dalle varie Università e dai vari enti di ricerca. Tutto questo patrimonio di conoscenze, competenze e tecnologie verrà impiegato su dieci specifici spoke che guardano allo sviluppo di tecnologie avanzate per il futuro: Fundamental Research & Space Economy, Future HPC & Big Data, Astrophysics & Cosmos Observations, Earth & Climate, Enviroment & Natural Disaster, Multiscale Modeling & Engineering Applications, Materials & Molecular Sciences, In-Silico Madicine & Omics Data, Digital Society & Smart Cities, Quantum Computing.

Quali ulteriori obiettivi si prefigge?

Intende mantenere un ruolo di leadership a livello tecnologico e di ricerca applicata dell’Italia e dell’Europa in settori di grande competitività e ad elevato impatto socio-economico. Un altro obiettivo è consolidare e promuovere alcune eccellenze italiane a livello mondiale, ridurre i divari e supportare la ricerca e l’innovazione in settori emergenti. Verranno promosse con regolarità open call rivolte alle imprese (con attenzione alle PMI). Qualunque impresa potrà presentare casi d’uso da sviluppare e il Centro metterà a disposizione l’infrastruttura di Supercalcolo, personale di supporto di alto livello, training, formazione e fondi.

Quali sono gli attori attivi presso il Centro e su quali tecnologie si focalizzeranno?

Parte integrante di questa federazione sono i 14 soggetti industriali di sistema Paese e IFAB. Quest’ultima, oltre a essere tra i principali fondatori del Centro nazionale, ha svolto il ruolo di incubatore del progetto che vi è alla base e di aggregatore di aziende di eccellenza. Ora ha un’altra importante mansione: fare da ponte tra il Centro nazionale e il tessuto degli attori industriali del Paese. Un tessuto più largo, che comprende – oltre alle grandi realtà già citate – anche piccole e medie imprese e altri soggetti privati. A proposito, invece, delle soluzioni su cui si attiveranno i vari attori della ricerca, di cui fanno parte svariate tecnologie avanzate per il futuro, si lavorerà in prevalenza su applicazioni software pertinenti a vari domini, combinando applicazioni digitali legate al supercalcolo e ai big data, comprese le tecniche di intelligenza artificiale.

Oltre a focalizzarsi su tecnologie software in vari domini il Centro lavorerà su due traiettorie di carattere hardware: future HPC e quantum computing. Sono due ambiti tecnologici il cui obiettivo mira allo sviluppo di architetture hardware e di tecnologie emergenti come quelle per il calcolo quantistico. Nel secondo spoke, in particolare, il centro intende sia dotarsi di una macchina quantistica sia studiare questa tecnologia emergente, di ricerca pura, di frontiera per molti aspetti, ma le cui potenzialità sono di notevole importanza e tali da richiedere la disponibilità, già oggi, di strumenti per seguire l’evoluzione e contribuire allo sviluppo.

Quale importanza avrà l’intelligenza artificiale all’interno delle vostre attività?

L’artificial intelligence è un elemento pervasivo in tutti gli ambiti di ricerca del Centro e per lo sviluppo di tecnologie avanzate per il futuro. Dalla previsione di scenari a livello climatico e alla realizzazione di digital twins, fino alla formulazione di politiche attive nelle smart city, l’AI fa parte del connubio virtuoso al cuore delle attività del Centro nazionale, che sfrutta infrastrutture di supercalcolo e modelli di simulazione fisica. Le tecniche di intelligenza artificiale, in tutto questo, hanno il compito di estrarre valore dai dati in una logica integrata.

Nella nostra visione di frontiera vediamo una convergenza tra HPC e AI su applicazioni del tutto nuove. Pensiamo, per esempio, all’ambito climatico e meteorologico: l’Europa ha lanciato il programma Destination Heart, il cui obiettivo è arrivare – entro il 2030 – a creare una replica digitale di tutti i fenomeni fisici che accadono su scala globale. Per riuscire a creare un digital twin della Terra è fondamentale poter contare sia su strumenti di supercalcolo sia su tecniche di artificial intelligence.

A proposito di tecnologie avanzate per il futuro, come verrà sviluppato il quantum computing?

Sul quantum computing, una delle realtà di assoluto rilievo in termini di tecnologie avanzate per il futuro, si svolgerà una prima attività di sviluppo algoritmico e di applicazioni pensate per macchine già oggi esistenti e in grado di emulare un QC. Una seconda attività verterà sulla dotazione di un computer quantistico: in questo senso, proprio di recente, la European High Performance Computing Joint Undertaking (EuroHPC JU) ha dato l’annuncio dei siti selezionati nell’Unione europea per ospitare e gestire i primi computer quantistici EuroHPC. Il CINECA sarà uno di questi: verrà quindi installato a fine 2023 nel Tecnopolo di Bologna e lavorerà in sinergia con il supercomputer Leonardo.

È un passo di fondamentale importanza, tenendo conto che, presumibilmente, tra cinque anni la prossima generazione di supercalcolatori sarà ibrida: componentistica tradizionale e componentistica integrata di tipo quantistico. Su questo punto sono previste linee di finanziamento specifiche per quei gruppi, in Italia, specializzati nello sviluppo di componenti dedicati ma che richiedono ancora supporto per fare evolvere il livello di maturità tecnologica. Infine, è allo studio la prospettiva di connettere il QC del Tecnopolo bolognese con una macchina quantistica presso l’Università di Padova, per realizzare un prototipo di quantum Internet. È una prospettiva tecnologica di assoluta frontiera, le cui ricadute sono di estrema importanza in termini di ricerca e innovazione.

Quali saranno i prossimi passi per la realizzazione e l’avvio del Centro e dei dieci spoke?

Le attività sono cominciate formalmente da settembre 2022. Dopo aver partecipato già ad alcune azioni con l’Europa per potenziare le infrastrutture, siamo ora in una fase di avvio. Le prossime date più significative saranno il 24, 25 e 26 novembre 2022. La prima giornata sarà dedicata all’inaugurazione del supercomputer Leonardo, mentre il 25 e 26 faremo un kick-off meeting del Centro nazionale, sempre al Tecnopolo di Bologna: sarà il primo momento pubblico di avvio alle attività. La sede del Centro verrà ospitata temporaneamente a Casalecchio di Reno, a fianco a quella di Cineca, in attesa del completamento della sede bolognese, pronta per il 2024. Da gennaio 2023 partiranno le open call.