CRESCO8: Il nuovo supercalcolatore ENEA per la transizione energetica e digitale

CRESCO8, il nuovo supercalcolatore ENEA da 9 PFlops, supporta ricerca scientifica e transizione energetica con HPC, AI e Big Data, unendo potenza e sostenibilità

Il nuovo supercalcolatore ENEA per la transizione energetica e digitale

Lo scorso aprile è stato inaugurato al Centro Ricerche ENEA di Portici CRESCO8, l'ultimo supercalcolatore della famiglia CRESCO, acquisito grazie a finanziamenti del programma europeo Next Generation EU.

Da oltre quindici anni, i cluster CRESCO (acronimo di Computational RESearch centre on COmplex systems) offrono all'ENEA e ai suoi partner scientifici e industriali risorse computazionali avanzate, impiegate in progetti di ricerca nei campi della fusione nucleare, dei cambiamenti climatici, dello sviluppo di nuovi materiali e dell'intelligenza artificiale. L'arrivo di CRESCO8 rappresenta un importante passo avanti in questa direzione.

Un'infrastruttura a disposizione della comunità scientifica

CRESCO8 sarà accessibile a università, enti di ricerca pubblici e privati e aziende che necessitano di risorse HPC avanzate per i propri progetti. Tra le applicazioni principali, il supercalcolatore supporterà il progetto PNRR Divertor Tokamak Test Facility Upgrade (DTT-U), che mira a migliorare i sistemi di controllo del plasma nella fusione nucleare.

Con il potenziamento della sua infrastruttura HPC, ENEA rafforza il proprio contributo alla ricerca scientifica e tecnologica, mettendo a disposizione della comunità strumenti sempre più avanzati per affrontare le sfide della transizione energetica e digitale.

CRESCO è un sistema di calcolo ad alte prestazioni basato su un'architettura parallela. Quindi il sistema permette di eseguire in parallelo simulazioni numeriche di modelli fisici per la ricerca su nuove fonti di energia, sui cambiamenti climatici e sulla scienza dei nuovi materiali inclusi nuovi farmaci. Nel solo 2024, CRESCO ha eseguito in parallelo una quantità di ore di simulazioni numeriche pari a circa 14.000 anni.

Le principali applicazioni eseguite su CRESCO riguardano simulazioni scientifiche e ingegneristiche (fluidodinamica, progettazione dei materiali, combustione, CAD), cambiamenti climatici (simulazione del Mediterraneo, previsioni meteo, analisi degli inquinanti nell’atmosfera), nucleare (fusione e fissione), bioinformatica (modellistica delle proteine e dei sistemi, genetica) e naturalmente AI in modo trasversale per le attività di ricerca ENEA.

Un salto di prestazioni

Con una potenza computazionale di 9 PFlops, CRESCO8 supera di gran lunga il suo predecessore, CRESCO6, che nel 2018 aveva raggiunto 1.4 PFlops, guadagnandosi un posto nella classifica TOP500 dei supercomputer più potenti al mondo.

Il nuovo sistema è suddiviso in due partizioni principali: 6 PFlops nella sezione con processori generici e 3 PFlops nella sezione accelerata, equipaggiata con le GPU Intel® Data Center GPU Max 1550. Questa configurazione consente di gestire carichi di lavoro diversificati, dalle simulazioni numeriche avanzate all'analisi di grandi quantità di dati.

Efficienza e scalabilità

Il nuovo cluster è stato progettato con un'architettura modulare, che ne facilita l'espansione e l'ottimizzazione delle risorse. L'adozione di OneAPI, una piattaforma che consente di eseguire lo stesso codice su architetture diverse (CPU, CPU con HBM e GPU), semplifica il lavoro degli utenti e riduce la necessità di riscrivere il software per adattarlo a configurazioni hardware specifiche.

Il sistema operativo di CRESCO8 è Linux RedHat 9, mentre la gestione delle risorse è affidata a Slurm, uno dei più diffusi scheduler per HPC. Il file system parallelo DDN/Lustre ES400NVX2, con una velocità di trasferimento dati di 50 GB/s, permette di gestire con efficienza grandi volumi di dati, aspetto cruciale per le applicazioni scientifiche avanzate.

Un'attenzione particolare alla sostenibilità

Un elemento distintivo di CRESCO8 è l'adozione della tecnologia di raffreddamento a liquido diretto Lenovo Neptune^TM, una novità per ENEA. Questo sistema, progettato per ottimizzare la dissipazione del calore con un PUE (Power Usage Effectiveness) pari a 1.05, contribuisce a ridurre il consumo energetico del supercalcolatore, consentendo una maggiore densità di calcolo e migliorando l'efficienza complessiva del sistema.

Per ospitare il nuovo supercalcolatore è stata realizzata un’area dedicata di circa 150 metri quadrati, con un layout ottimizzato per il raffreddamento. Inoltre, per garantire l'alimentazione necessaria, è stata costruita una nuova sottostazione elettrica da 1250 kVA.

Il ruolo della connettività

Tradizionalmente un sistema di calcolo ad alte prestazioni è dotato di una rete ad alte prestazioni con elevata banda e bassa latenza. Questa è necessaria per permettere l’esecuzione di applicazioni sviluppate con algoritmi paralleli. Quindi l’elevata connettività è un elemento localizzato al data centre. C’è da dire comunque che le simulazioni numeriche parallele generano una quantità enorme di dati che possono essere condivisi su area geografica per successive elaborazioni.

Bisogna tener conto che gli utenti hanno necessità di accedere alle risorse di calcolo con connessioni ad alta velocità e bassa latenza, come quelle della rete GARR, per garantire un'interazione fluida con i sistemi e implementare workflow complessi di simulazioni e gestione dati.

Le nuove sfide per un uso efficiente delle risorse e l’accesso ai dati

La maggiore sfida oggi consiste nel rendere efficienti dal punto di vista energetico le risorse, visto che molti studi richiedono un'intensiva quantità di calcolo fornita da processori sempre più energivori. L’utilizzo dell’intelligenza artificiale potrebbe aprire un nuovo orizzonte in termini di sostenibilità energetica dei sistemi di calcolo ad alte prestazioni offrendo un vantaggio notevole rispetto alle tradizionali simulazioni numeriche che comunque sono necessarie per generare i dati da utilizzare per addestrare le reti intelligenti.

Un altro importante aspetto riguarda la modalità di accesso e di fruizione dei servizi disponibili su CRESCO. Un accesso facilitato per aumentare la diffusione delle facility infrastrutturali tra gli utenti e livelli di affidabilità sempre maggiori dell’infrastruttura sono altri aspetti sfidanti per il data centre.

Altre sfide sono relative all’ottimizzazione delle prestazioni di accesso ai dati generati dalle simulazioni numeriche parallele, da parte di infrastrutture dotate di processori specializzati nell'intelligenza artificiale generativa.

Inoltre i big data, così come sono generati dalle grandi installazioni come CRESCO, richiedono sistemi avanzati di storage e condivisione per assicurarne la protezione delle informazioni e la loro conservazione per il tempo necessario alle attività progettuali.

Un aspetto molto importante da tenere in considerazione è quello di sviluppare format di condivisione per assicurare l’interoperabilità e il rispetto dei principi dell’open science.

Nuove tecnologie per il calcolo ad alte prestazioni

CRESCO8 adotta alcune delle più recenti tecnologie per l'HPC. È dotato di processori Intel® Xeon® Platinum 8592+ di quinta generazione, che integrano funzionalità avanzate per il calcolo scientifico, tra cui le estensioni Intel® AVX-512 e Intel® AMX per il miglioramento delle prestazioni nei calcoli vettoriali e matriciali.

La sezione accelerata, composta da 60 schede Intel® Data Center GPU Max 1550, è stata progettata per applicazioni che richiedono un'elevata potenza computazionale, come la modellizzazione del plasma e l'analisi di big data.

Un'altra novità riguarda l’integrazione di 32 processori Intel® Xeon® Max 9480 con memoria HBM (High Bandwidth Memory), una soluzione pensata per migliorare le prestazioni in carichi di lavoro limitati dalla larghezza di banda, come simulazioni di sistemi complessi e modelli predittivi.