È nata una infrastruttura europea per il supercalcolo

Guidato da IDRIS-CNRS (Francia), il progetto DEISA ha iniziato le sue attività nel maggio 2004 con otto partner: FZJ e RZG in Germania, CINECA in Italia, EPCC e ECMWF nel Regno Unito, CSC in Finlandia e SARA in Olanda. Il progetto è parzialmente finanziato dalla Commissione Europea nell’ambito del VI Programma Quadro, come parte di una imponente iniziativa volta a dispiegare in Europa infrastrutture adatte al “grid computing” alla ricerca più avanzata.

L’obbiettivo principale del progetto DEISA è rendere possibili nuove scoperte scientifiche in un ampio spettro di scienze e tecnologie tramite il dispiegamento e la disponibilità di un ambiente di supercalcolo distribuito di livello mondiale caratterizzato da qualità e stabilità elevate. Ciò sarà possibile tramite una profonda integrazione delle piattaforme nazionali di calcolo avanzato già esistenti, strettamente interconnesse per mezzo di una rete dedicata e dotate di innovativi software, di sistema e di grid. Sono state cercate e concordate strategie di coordinamento operative che renderanno l’infrastruttura così integrata molto più potente della semplice somma delle sue parti.

L’integrazione di una tale potenza di supercalcolo intende ottenere un grande impulso nella competitività dell’Europa in tutte le discipline scientifiche in cui è indispensabile una capacità di calcolo estremamente elevata. La disponibilità per i ricercatori di risorse di calcolo ad elevate prestazioni è stato l’obbiettivo tradizionale dei grandi centri di calcolo nazionali in Europa. Tuttavia, l’aumento della competizione globale tra Europa, USA e Giappone sta forzando un aumento della domanda di risorse di calcolo ai più alti livelli di performance, come pure la necessità di una rapida innovazione. Per restare competitivi sono necessari investimenti sostanziali con cadenza biennale – un ritmo di innovazione che è difficile da sostenere anche per le nazioni più prospere.

L’architettura dell’ambiente di supercalcolo di DEISA è stata progettata per soddisfare alcuni requisiti strategici come la necessità di operare in modo trasparente, non sconvolgente, che si ponga a un livello superiore rispetto ai servizi nazionali esistenti; la scelta di nascondere le sottostanti complesse tecnologie di “grid computing” agli utenti scientifici finali ed infine il bisogno di garantire durata e portabilità alle applicazioni, poiché esse sono parte essenziale della ricchezza di industrie ed enti di ricerca.

L’infrastruttura di supercalcolo di DEISA è costituita da due livelli. Nel livello più interno, piattaforme di calcolo simili (stessa architettura e sistema operativo) sono unite per creare un “supercomputer distribuito virtuale”. La piattaforma risultante è un super-cluster di nodi di calcolo dislocati in pochi centri di alcune nazioni, ma che appariranno agli utenti finali come unificati in un singolo sistema. La prima fase del progetto prevede quattro supercalcolatori IBM in Germania (FZJ e RZG), Francia (IDRIS) e Italia (CINECA) integrati in questo modo. Il sistema risultante consisterà di più di 4000 processori, un’enorme spazio di memoria e una potenza di calcolo aggregata di 22Teraflops. Nella seconda fase, altri sistemi IBM (in particolare il sistema finlandese) si aggiungeranno al super-cluster.

La tecnologia fondamentale per l’integrazione del super-cluster distribuito (oltre alla rete stessa) è la capacità di condividere efficientemente i dati tra tutta la rete geografica, capacità ottenuta mediante un file-system globale (in questo caso il Global Parallel File System -GPFS- di IBM). L’alto valore aggiunto di questa integrazione di piattaforme risiede nella possibilità di ridistribuire il carico di calcolo tramite la migrazione dei job tra le strutture nazionali, utile per liberare rilevanti risorse per una specifica applicazione in uno dei siti.

Nel secondo livello della infrastruttura di DEISA, questo super-cluster IBM viene federato con selezionate piattaforme calcolo avanzato per costituire una grid eterogenea di supercalcolo che includerà piattaforme vettoriali e cluster Linux. La prima piattaforma ad essere integrata nella grid sarà il supercomputer ALTIX SGI del SARA, che fornirà 416 processori Itanium. La grid eterogenea di DEISA fornirà alcuni importanti servizi alla comunità scientifica: una gestione dei workflow basata sul middleware UNICORE (utile per applicazioni complesse che sfruttano diverse piattaforme per portare a termine un job), un servizio di gestione dati globale ad alte prestazioni su tutta la grid (per la condivisione dei dati tra diverse applicazioni e per applicazioni che accedono a dati distribuiti), applicazioni di grid che eseguono contemporaneamente su diverse piattaforme e, non meno importante, un portale e una interfaccia Web che nascondono la complessità dell’ambiente all’utente finale.

L’infrastruttura di DEISA sfrutta a pieno la rete a larga banda fornita dalla rete europea della Ricerca GEANT e le reti nazionali per la ricerca (a tutt’oggi DFN in Germania, RENATER in Francia, e GARR in Italia). Essa conta anche in modo essenziale sulla aggressiva evoluzione pianificata per queste ed altre organizzazioni europee, per l’aumento delle prestazioni della rete. “La concezione di DEISA si basa sul presupposto scientifico che l’ampiezza di banda diventi, entro la fine di questa decade, un bene di consumo a larga diffusione analogamente a quanto è accaduto per la mera potenza di calcolo agli inizi degli anni ‘90” ha detto il professor Victor Alessandrini di IDRIS-CNRS e direttore del progetto. “Un ambiente di supercalcolo strettamente integrato è essenziale per condividere le enormi risorse di calcolo che sono necessarie per efficienze e performance d’eccellenza. Questa è la strada che sta preparando DEISA”.

DEISA si può espandere orizzontalmente aggregando nuovi sistemi, nuove architetture e nuovi partner, incrementando così le possibilità e l’appetibilità della sua infrastruttura senza sconvolgimenti. Proprio di recente un nuovo accordo è stato raggiunto con tre nuove organizzazioni di punta in Europa (HLRS e LRZ in Germania, e il nuovo centro di supercalcolo di Barcellona in Spagna) che si uniranno al consorzio di DEISA, i dettagli pratici sono in corso di definizione. Con questo allargamento, praticamente tutti i centri leader in Europa saranno parte della grid di DEISA. Inoltre DEISA sarà aperto alla collaborazione con altri centri europei di calcolo ad alte prestazioni e con iniziative analoghe nel mondo come TeraGrid negli Stati Uniti o altri rilevanti progetti infrastrutturali europei per la ricerca come EGEE guidato dal CERN.

In conclusione DEISA è mirato al progresso scientifico in Europa. DEISA, collabora con i maggiori gruppi europei di ricerca inizialmente di alcuni campi scientifici e industriali (Scienza dei Materiali, Cosmologia, Fusione Nucleare, Scienze della Vita, Fluidodinamica Computazionale, Scienze Ambientali). Il lavoro dei ricercatori è teso a dimostrare che DEISA consente nuovi risultati per la ricerca e un miglioramento della produzione scientifica in più aspetti. Man mano che l’infrastruttura si consoliderà, DEISA promuoverà forti iniziative scientifiche per favorire nuove attività di ricerca su nuovi fronti che altrimenti non avrebbero potuto essere affrontate.