Molti non sanno che in Italia ma sopratutto in Sardegna il CRS4 Centro di Ricerca situato a Pula, di Sardegna Ricerche e compartecipato dalla Regione Sardegna, sviluppò il primo sito web italiano (www.crs4.it), precisamente nel 1993, solo un anno dopo, nel 1994, il team di ricerca e sviluppo ha contribuito a creare nel il primo quotidiano su web europeo (L’Unione Sarda) e uno dei primi Internet Service Provider (Video On Line).
Nel 1995 il CRS4 crea il primo motore di ricerca italiano, chiamato Search in Italy, realizzato da Gavino Paddeu (che all’epoca faceva parte del gruppo SciViz), conteneva un archivio di 106.337 pagine web che venivano scaricate periodicamente dai 660 server web italiani all’epoca esistenti. L’anno successivo venne rilasciata una versione che mostrava le risorse catalogate geograficamente con l’aiuto di un applet Java. ecco che si augura di poter accogliere presto, in anteprima assoluta nazionale, il primo computer quantistico.
Il Centro di Ricerche di Pula è stato ed è quindi senza ombra di dubbio un pioniere nella ricerca informatica, digitale e tecnologica, non a caso sin dalla nascita del Centro di Ricerca è stato dotato di un centro di calcolo ad alte prestazioni costantemente aggiornato negli anni: dai primi mainframe IBM 9000, alle macchine parallele IBM SP1 e SP2, Connection Machine 5, Parsitech e infine numerosi cluster per il calcolo.
In questo ultimo periodo si parla tanto di Supercomputer e di computer quantistici, specialmente dopo che è stato presentato in Italia “Leonardo“, uno degli otto supercomputer pre-exascale che formeranno la rete di calcolo europea ad alte prestazioni EuroHPC, ora è il CRS4 che punta in alto e si da un obbiettivo, portare in Italia per la prima volta un Computer Quantistico.
Ma andiamo con ordine e distinguiamo bene cosa è un SuperComputer e un Computer Quantistico un Computer sappiamo come è composto e cosa fa, vediamo le differenze tra questi due colossi, l’argomento è vasto quindi affidiamo a Wikipedia il compito di spiegarvi nel dettagli in cosa consistono:
Il CRS4 di oggi lavora su piattaforme informatiche di interesse per la società digitale e le città intelligenti, reti intelligenti e servizi digitali per le Smart City, un esempio è sicuramente il progetto Ubiquitous Digital Platform, di cui abbiamo parlato qui in questo articolo, ma anche l’acquisto di attrezzature e apparecchiature all’avanguardia nel campo della tecnologia e ICT (ne abbiamo parlato qua) e nel campo Robotico (ne abbiamo parlato qui), poi studi e ricerche per il calcolo ad alte prestazioni e progetti universitari di alta formazione che portano dritti nello spazio (qua l’articolo), ma ci sarebbe tanto altro da dire, tutti i progetti e tutte le sfide che sta affrontando il Centro di Ricerche lo trovate nel loro esaustivo sito ufficiale: www.crs4.it
Tutte queste ricerche e tutti questi progetti che sta seguendo il Centro Ricerche hanno bisogno di una quantita impressionante di dati, pensiamo ad esempio alla enorme quantità di dati che viaggiano intorno al mondo in tutte le reti telematiche, ecco che organizzare e gestire queste ricerche comporta modelli matematici avanzati, ingenti risorse di calcolo, simulazioni numeriche e tecnologie innovative per non far “impazzire” e sovvracaricare i computer tradizionali con questi “Big Data“, per questo vengono in aiuto i SuperComputer, ma anche i computer quantistici, il supercalcolo, le simulazioni numeriche, l’intelligenza artificiale, il machine learning, le tecnologie che si basano su questi colossi sono strumenti essenziali per incentivare lo sviluppo digitale e tecnologico.
Come avrete visto se avete approfondito la vostra conoscenza sui SuperComputer e Computer Quantistici saprete ora che il processo dei dati connessi a questi settori è una grande sfida che va affrontata con le giuste “armi”, queste sono possono essere i SuperComputer e anche i Computer Quantistici.
Non a caso Giacomo Cao, il Direttore e Amministratore Unico del CRS4 ha commentato facendo presente queste nuove esigenze:
«Nuovi strumenti si rendono necessari per il raggiungimento di importanti traguardi scientifici e tecnologici per la Regione Sardegna, oggi i settori trainanti della ricerca sono: energia e ambiente, bioscienze, informatica visuale e ad alta intensità di dati e le infrastrutture computazionali. Recentemente ha visto la luce il nuovo settore ‘Tecnologie digitali per l’aerospazio’, che potrà dare il suo apporto, per esempio, alle prossime iniziative di esplorazione lunare e marziana, e sarà in grado di applicare le tecnologie che ne derivano nei settori quali mobilità, agri-food, beni culturali e per la sicurezza del territorio».
In Italia è stata creata una Fondazione denominata Centro Nazionale di Ricerca in High Performance Computing, Big Data e Quantum Computing e tra i fondatori è presente anche il nostro CRS4 in Sardegna. Guidato dall’INFN, Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, il centro conta 51 membri fondatori distribuiti su tutto il territorio nazionale, provenienti dai settori pubblico e privato, dal mondo della ricerca scientifica e dell’industria (nel sito ufficiale trovate tutti i dettagli e tutti i membri fondatori).
La fondazione e i centri di ricerca collegati hanno l’obbiettivo di realizzare il più grande sistema italiano dedicato al calcolo ad alte prestazioni, alla gestione dei big data e al calcolo quantistico, un’infrastruttura trasversale a supporto dei principali settori oggi strategici per il Paese con Hub principale al Tecnopolo di Bologna. Un obbiettivo che è quindi in piena linea con quanto ricercato dal CRS4 e che forse un giorno vedrà proprio la Sardegna essere tra le principali protagoniste insieme alle Regioni del Nord Italia.
I fondi arrivano dal progetto Next Generation EU, di cui abbiamo già parlato ampiamente in altre occasioni, specialmente quando si parla di digitalizzazione, e ovviamente anche dal PNRR, il Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza, il finanziamento complessivo è di circa 320 milioni di euro.
Nel Tecnopolo di Bologna, cittadella dell’innovazione della Regione Emilia-Romagna, oltre al SuperComputer Leonardo è ospitato il Data Center del Centro Meteo Europeo (ECMWF), i principali modelli di calcolo meteorologico che ci consentono di avere previsioni meteo sempre più accurate.
Al CRS4 si emulano Computer Quantistici
Il team del quantum computing del Centro di ricerca, sviluppo e studi superiori in Sardegna CRS4, formato dalla ricercatrice Giuliana Siddi e dai tecnologi Marco Moro e Michele Muggiri, grazie alle infrastrutture di calcolo acquisite con il recente investimento da oltre 3 milioni di euro, è riuscito ad emulare le operazioni di un computer quantistico da 30 quantum bit (qubit), superando con successo i test convenzionali (benchmark) che validano il massimo numero di qubit simulabili in modo affidabile con hardware tradizionale.
Ma che cos’è un Qubit? Un Qubit non è altro che la contrazione di “Quantum Bit”, termine coniato da Benjamin Schumacher (Fisico Teorico) per indicare il bit quantistico ovvero l’unità di informazione quantistica, il concetto lo so non è di facile lettura, anche ai più esperti in informatica ma così come il bit è il quanto di informazione della computazione classica, la computazione quantistica si basa su un concetto analogo: il quantum bit, in parole semplici una piccolissima porzione di una informazione codificata per esempio in linguaggio macchina.
Per farvi un idea di quanto sia grande un Qubit ci viene in soccorso la IBM che nel Novembre 2021 ha annunciato la realizzazione di Eagle, un nuovo processore-computer quantistico più potente mai realizzato finora. Il processore Eagle ha 127 Qubit che è pari al numero totale di atomi che compongono gli oltre 7,5 miliardi di persone presenti sulla Terra, stiamo parlando quindi di cifre folli!
Un computer quantistico sfrutta alcune delle proprietà uniche della fisica quantistica e consente di risolvere problemi estremamente complessi anche per gli attuali supercomputer. Il fatto di utilizzare i qubit (e non i normali bit) consente di immagazzinare un’enorme quantità di informazioni e consumare meno energia rispetto ai computer classici.
Il gruppo di esperte ed esperti del CRS4 ha utilizzato specifici software chiamati “simulatori di computer quantistici” che consentono di emulare il comportamento di una macchina quantistica sfruttandone le più svariate possibilità di applicazione. In tal modo, il Centro potrà sviluppare algoritmi proprietari legati alla tecnologia quantistica utilizzando direttamente le infrastrutture di calcolo disponibili senza dover accedere alle risorse in rete (cloud) ed eliminando così le relative tempistiche di accesso.
Come abbiamo ricordato in precedenza il calcolo quantistico potrebbe essere applicato in moltissimi settori, tra i più importanti: l’apprendimento automatico (machine learning); l’intelligenza artificiale; la chimica; la farmacologia; la finanza; la salute; la sicurezza informatica.
Il CRS4, pertanto, con i risultati raggiunti punta al continuo miglioramento delle prestazioni degli algoritmi che sviluppa, in termini di operazioni eseguite nel minor tempo possibile e con risultati in tempo reale.
Giacomo Cao, amministratore unico del CRS4:
“Con orgoglio si può affermare che è stato possibile emulare le operazioni di un computer quantistico da 30 qubit grazie all’utilizzo delle nuove infrastrutture del centro di calcolo che raggiunge una potenza installata pari a 4,3 PetaFlops e uno spazio di archiviazione di 6,3 PetaByte. Questo risultato è comparabile con quelli raggiunti recentemente da altri centri di ricerca nazionali e internazionali. Auspichiamo naturalmente di poter disporre nel più breve tempo possibile di una macchina quantistica da 100 qubit che ci permetterebbe di incrementare ulteriormente le prestazioni di calcolo e diventare uno dei Centri più performanti a livello internazionale su questa tematica”. Conclude Cao: “Il CRS4 da un lato, ringrazia la Regione Sardegna per il continuo sostegno finanziario rivolto anche ad investimenti che mettono significativamente in luce l’Isola e dall’altro, risponde con fatti concreti alle esigenze di crescita e di sviluppo della collettività”.
I numeri del Centro di Calcolo del CRS4
Abbiamo detto che tutti questi dati hanno bisogno di una notevole potenza di calcolo computazionale, e il CRS4 è sicuramente dotato di infrastrutture all’avanguardia, parliamo infatti di una potenza di calcolo di 4,3 PetaFlops (FLOPS, FLoating point Operations Per Second in informatica indica il numero di operazioni in virgola mobile eseguite in un secondo dalla CPU).
- Spazio su disco di 6,3 Petabyte;
- 250 nodi computazionali per un totale di più di 8000 core e connessioni di rete a bassa latenza e ampia banda;
- file system distribuito con accesso parallelo RDMA via Infiniband;
- cluster ibridi CPU/GPU per simulazione/emulazione calcolo quantistico;
- 16 nodi con disponibili 16 Nvidia T4 GPU (Schede Video professionali)
- 4 nodi con disponibili 12 Nvidia A100 Tensor Core GPU (Schede Video professionali);
- file system distribuito con accesso parallelo, implementato con GPU Direct Storage (Nvidia GDS) per l’accesso diretto tra memoria GPU e storage;
- file system distribuito ad accesso parallelo;
- Una rete ethernet di core 100Gb/s; rete Infiniband low latency 100Gb/s.
Fonte: CRS4 – Centro di Ricerca, Sviluppo e Studi Superiori in Sardegna
