la Repubblica, 5 marzo 2020
Il computer che scoprirà l’energia del futuro
La sfida verso l’energia del futuro si gioca tutta sui numeri: dai modelli climatici in grado di suggerire i luoghi migliori per nuovi impianti eolici, a quelli che servono a sfruttare la forza del moto ondoso degli oceani o a simulare le altissime energie del Sole. E da oggi l’Italia ha una freccia in più nel suo arco: il supercalcolatore più potente al mondo in ambito industriale, HPC5, che sarà il cuore del Green Data Center Eni di Ferrera Erbognone (Pavia). Dotato di una potenza di calcolo di 52 PetaFlop, che consente di svolgere 52 milioni di miliardi di operazioni matematiche al secondo, l’HPC5 di Eni, realizzato da Dell Technologies, ha un’architettura altamente parallela dove i calcoli sono distribuiti su 1820 “nodi”, ognuno dotato di 2 processori Intel Gold 6252 e 4 acceleratori Nvidia V100 GPU.
I calcoli in parallelo
Il vantaggio delle GPU – i processori delle schede grafiche che tutti abbiamo sui nostri computer – è la capacità di svolgere calcoli in parallelo, grazie a un’architettura capace di gestire contemporaneamente tutti i singoli pixel dei nostri monitor, dove vogliamo che un’immagine compaia istantaneamente, ad esempio, su tutti i 1.310.720 pixel di una risoluzione “1280x1024”. Ad ogni pixel corrisponde una piccola unità di calcolo che misura l’intensità luminosa che quel pixel dovrà assumere nel prossimo fotogramma. Questa stessa architettura, su scala più grande, si può usare per produrre, anziché immagini, calcoli utili ad applicazioni dove la quantità di operazioni da svolgere in parallelo è altissima.
La previsione del futuro
Un approccio definito “fast track” perché sprigiona velocità prevedendo il futuro. I processi industriali sono divisi in diverse fasi che, in un approccio convenzionale, sono puramente sequenziali: in quest’ottica per poter dare il via al processo B sarà necessario aspettare che termini il processo A che lo precede. Con un supercalcolatore, però, cambia tutto: mentre il processo A è ancora in corso, si può già iniziare a calcolare tutta una serie di scenari per il processo B, ognuno per ogni singolo valore che potrebbe essere restituito dal processo A. Questa produzione di molteplici scenari è cruciale per le sfide più affascinanti, come quella della fusione nucleare. Nel Sole la fusione nucleare avviene all’interno di un plasma che ha temperature di decine di milioni di gradi, che fonderebbero qualsiasi materiale terrestre. Ma il confinamento del plasma si può ottenere con dei campi magnetici: tradurre le leggi fisiche relative in modelli e algoritmi di calcolo permette di simulare esperimenti sulla fusione nucleare nella totale sicurezza del mondo digitale, aiutando i ricercatori a capire quali sono gli scenari realmente promettenti, ovvero quelli per cui varrà la pena di effettuare prove in laboratorio. L’alta capacità di calcolo del supercomputer Eni sarà preziosa anche per la transizione verso il solare, perché consentirà di studiare molecole che ancora non esistono ma che potranno aumentare l’efficienza dei pannelli fotovoltaici. Poter testare centinaia di migliaia di molecole contemporaneamente con un supercalcolatore senza doverle realmente assemblare in un laboratorio offre da un lato un risparmio di tempo e di costi enorme, e dall’altro permette di studiare una quantità di combinazioni molto maggiore di quelle che i chimici potrebbero testare fisicamente.
Il mare diventa energia
Un altro ambito della fisica che per la sua complessità richiede supercalcolatori è la dinamica dei fluidi, indispensabile per le modellizzazioni dell’atmosfera tipiche delle previsioni del tempo: HPC5 potrebbe ad esempio consentire di produrre predizioni sul regime dei venti per aiutare a piazzare impianti eolici nei luoghi più promettenti. Con i modelli fluidodinamici si trae anche energia dal mare: grazie ai sistemi elettromeccanici ISWEC (Inertial Sea Wave Energy Converter), basati sul funzionamento dei giroscopi, Eni trasforma il moto ondoso sulla superficie marina in energia elettrica. Ma l’applicazione della fluidodinamica più immediata riguarda proprio il Green Data Center in cui è ospitato HPC5, basato sul principio del “free cooling”. Nei data center classici il calore prodotto dai calcolatori è dissipato tramite frigoriferi e condizionatori, con un alto consumo energetico e forte impatto ambientale. Il free cooling permette invece di raffreddare usando aria a temperatura ambiente, che viene prelevata dall’esterno, convogliata verso i calcolatori e poi restituita all’esterno. Così il Green Data Center per il 92% dell’anno – ovvero finché la temperatura esterna non supera i 28 gradi – raffredda i calcolatori senza frigoriferi né condizionatori. E in più HPC5, già di suo, è al terzo posto nella Green500 List, classifica che valuta i supercalcolatori per la loro efficienza energetica, oltre a primeggiare, per l’ambito industriale, nella classifica Top500 sulla potenza di calcolo.