Contesto

Le tecnologie basate sull’High Performance Computing (HPC) e sulla gestione di Big Data sono strumenti eccezionali per modellare i complessi sistemi dinamici studiati oggi in astrofisica, fisica astro-particellare e cosmologia. Il loro utilizzo è necessario per la maggior parte delle attività, dalla riduzione e analisi dei dati fino all’interpretazione e al confronto con le previsioni teoriche, comprese le simulazioni e la modellazione teorica.

Inoltre, metodi numerici avanzati sono diventati obbligatori sia durante le fasi preparatorie che operative di nuovi esperimenti scientifici, guidando e modellando in modo efficiente la progettazione e la costruzione di strumenti e osservatori. Sono anche importanti per catturare e analizzare l’enorme mole dei complessi dati osservativi che la nuova generazione di osservatori produrrà e che cambieranno le regole del gioco per la nostra comprensione dei fenomeni astronomici, della formazione e dell’evoluzione dell’universo e delle leggi fondamentali della fisica.  

Questo scenario richiede lo sviluppo e l’implementazione di un ecosistema completo in grado di: (i) fornire simulazioni complesse capaci di elevata precisione predittiva per affrontare la complessità dell’Universo; (ii) sfruttare e/o guidare l’evoluzione delle architetture e degli algoritmi informatici attuali e futuri; (iii) sfruttare la ricchezza di dati prodotti da calcoli e osservazioni; (iv) impegnarsi efficacemente con la comunità di astronomia, astrofisica e fisica astro-particellare (AAA) nell’ambiente HPC di codici e risorse; (v) adattare e implementare algoritmi esistenti e nuovi per le nuove impegnative infrastrutture HPC (exascale e post-esascale) ; (vi) fornire sistemi innovativi di conservazione e archiviazione dei dati per affrontare le sfide dei Big Data.

Obiettivi

Lo scopo principale dello Spoke 3 consiste nello sviluppo  di soluzioni all’avanguardia, in termini di HPC e Big Data management, nell’elaborazione e analisi per le seguenti aree di ricerca: cosmologia, stelle e galassie, radioastronomia, astrofisica osservativa e dominio del tempo, astrofisica delle alte energie, fondo cosmico a microonde (CMB), struttura a larga scala, ammassi e galassie, astrofisica multi-messaggera; simulazioni numeriche e modellazione. 

Lo Spoke 3 di ICSC intraprenderà inoltre uno specifico programma di sensibilizzazione e formazione, volto a creare competenze ampie e qualificate in Italia, e, infine, a promuovere l’uso di soluzioni cloud ad alte prestazioni e ad alto rendimento nei centri di ricerca, nel mondo accademico e nelle aziende private. Intendiamo sfruttare appieno le opportunità offerte dal PNRR per coinvolgere gli stakeholder privati ​​affiliati a ICSC che hanno espresso interesse per le nostre attività. Perseguirà un approccio orientato all’utente al fine di associarsi strettamente alla comunità e adotterà una metodologia di co-progettazione per lo sviluppo delle applicazioni selezionate. Questo potrebbe essere ottenuto, ad esempio, combinando i requisiti e le competenze degli scienziati e degli sviluppatori di codice della comunità con le soluzioni e i servizi software e hardware innovativi previsti dalle parti interessate dell’HPC e del Cloud, compresi gli approcci di green computing, affrontando lo sviluppo sinergico e coordinato di applicazioni e tecnologia.

Attività

Lo Spoke 3 è organizzato in Working Packages (WP) per affrontare i seguenti principali argomenti:

• WP1, HPC Codes Enabling and Optimization: seleziona una serie di codici che richiedono grandi risorse computazionali per affrontare la prossima generazione di sfide scientifiche ed esegue la loro riprogettazione, implementazione e ottimizzazione al fine di sfruttare efficacemente soluzioni HPC all’avanguardia, tra cui acceleratori e architetture alternative (ad esempio rispettivamente GPU e architetture ARM).
• WP2, Progettazione di algoritmi, metodologie e codici innovativi verso Exascale e oltre: identifica algoritmi e metodologie innovativi che migliorano la loro capacità di sfruttare le architetture exascale e post exascale, unendo le risultanti funzionalità migliorate in codici, flussi di lavoro e pipeline.
• WP3, Big Data Analysis, Machine Learning e Visualizzazione: affronta l’applicazione di soluzioni avanzate di Intelligenza Artificiale e Visualizzazione a grandi volumi di dati astrofisici, facilitando la convergenza (calcolo eterogeneo) di strumenti HPC, HTC, HPDA e Cloud e sfruttando le piattaforme Exascale.
• WP4, Big Data Management, Storage e Archiving: parte da best practices e framework già implementati per gestire dati e software con principi FAIR e Open Science, per sviluppare framework innovativi in ​​grado di soddisfare la Big Data Challenge.
• WP5, Servizi e accesso HPC: supervisiona la gestione, il mantenimento e l’implementazione di un ambiente integrato fornendo gli strumenti per lo sviluppo efficiente del lavoro descritto nei WP 1-4. Gestione e distribuzione di dataset di grandi dimensioni nel Data Lake. Analisi ad alto tasso.
• I cinque WP lavorano in completa sinergia tra loro e con gli stakeholder privati ​​affiliati allo Spoke.
• Un ulteriore WP0 si occupa della parte gestionale del progetto.