«La sfida più grande è questa: immaginare che il 20% della capacità di produzione e di potenza a livello UE dei sistemi pre exascale sia a disposizione delle industrie europee, la metà dedicata all’Italia. È una sfida dalle potenzialità straordinarie, considerando che la potenza di calcolo di Leonardo sarà superiore ai 200 petaflops, (ovvero milioni di miliardi di operazioni matematiche al secondo), una volta a disposizione dalla fine del 202. Il nostro obiettivo è far sì che accada». Sanzio Bassini, direttore del dipartimento SuperComputing applications and innovation di Cineca, spiega la portata di fornire capacità di supercalcolo al mondo industriale, prefigurando le potenzialità di Leonardo, il nuovo supercomputer di classe exascale concepito e gestito dal Cineca, che a regime sarà uno dei cinque sistemi Hpc più potenti nel mondo.
Il Consorzio Interuniversitario italiano è impegnato ad accelerare la digital transformation del tessuto industriale italiano. Ben consapevole dell’importanza che esso comporta: secondo Idc, gli investimenti globali mossi dalla trasformazione digitale raggiungeranno i 6mila miliardi di dollari al 2023. Dalla collaborazione con Eni al sostegno alle attività di ricerca delle Pmi, il Cineca ha sviluppato negli anni varie attività di ricerca applicata, da cui hanno tratto beneficio Ferrari, Piaggio e persino Luna Rossa. Le attività spaziano dal sostegno in progetti europei alla partnership in iniziative come Bi-Rex, consorzio pubblico-privato e Competence Center per l’Industria 4.0, con sede a Bologna.
Cineca: che cos’è e quali servizi svolge per le imprese
Consorzio Interuniversitario senza scopo di lucro, Cineca è stato costituito nel 1969 e ne fanno parte il Ministero dell’Istruzione dell’Università e della Ricerca, 69 università italiane e 11 Istituzioni pubbliche Nazionali di cui otto enti di Ricerca, due policlinici universitari e l’Anvur – Agenzia nazionale di valutazione del sistema nazionale universitario e della ricerca. Oggi è il maggiore centro di calcolo in Italia, uno dei più importanti a livello mondiale e offre supporto alle attività della comunità scientifica tramite il supercalcolo e le sue applicazioni. Ha sede a Bologna, ma anche a Milano, Roma, Napoli, Chieti, e conta più di 800 dipendenti. Realizza sistemi gestionali per le amministrazioni universitarie e il Miur, progetta e sviluppa sistemi informativi per pubblica amministrazione, sanità e imprese.
Nell’ambito delle attività di trasferimento tecnologico, parte integrante della missione istituzionale di Cineca, rientra in particolare il supporto all’introduzione e all’utilizzo di tecnologie e competenze Hpc per le aziende. Alla collaborazione nel contesto del supercalcolo con alcune delle più importanti realtà industriali italiane, Cineca affianca nel percorso all’innovazione le piccole medie imprese e supporta da diversi anni i clienti industriali attraverso la fornitura di ore di calcolo dedicate all’ambito tecnico, con attenzione all’automazione e con proof of concept dedicati alla modellazione. Sempre in tema di calcolo industriale sono numerose le collaborazioni, presenti e passate con industrie come Altran, Amet, Chiesi farmaceutici, Dallara Automobili, Elica, Ferretti Yachts, Nolan Group, Olsa Group, R&D Cfd, Red e Unipol Group. L’attività di Cineca è stata messa a disposizione in vari settori: nell’automotive, con Ferrari Sezione Corse per analisi meccaniche, fluidodinamiche per la progettazione del motore, oppure per analoghe attività col Centro Ricerche Fiat, compresi crash test e la progettazione di componenti o interi veicoli. Con Piaggio Aero il calcolo di Cineca è stato utilizzato per analisi aerodinamiche di parti del velivolo oppure per progettare lo scafo dell’imbarcazione sia di Luna Rossa che di Bmw Oracle. Alenia Aeronautica ha impiegato le capacità di supercalcolo nell’ingegnerizzazione e ottimizzazione di codici per l’analisi ad alta risoluzione dell’aerodinamica di un intero velivolo.
Cineca per l’industria: le modalità di servizio per l’industria e la collaborazione con Eni
I servizi che Cineca svolge per l’industria, mettendo a servizio le capacità di supercalcolo, sono di vario tipo: «il nostro livello di ingresso è utile nei contesti dove si agisce in termini di innovazione tecnologica. L’asset di valore fornito da Cineca è la competenza quali data scientist, ovvero chi ha competenza nel combinare modelli fisici e deterministici in una logica olistica», afferma Bassini. È lui a spiegare in che modo il Consorzio si interfaccia con i diversi contesti industriali: «sono tre le modalità di relazione. Una è basata su una collaborazione di sviluppo congiunto: un esempio è il percorso fatto con Eni». La cooperazione di Cineca con Eni è la più longeva nel percorso di innovazione e di trasferimento tecnologico industiale attraverso progetti collaborativi di ricerca e sviluppo ed è anche la più complessa e articolata. La multinazionale italiana lavora col Consorzio per impiegare sempre più i sistemi di calcolo Hpc nell’elaborazione di dati sismici per la realizzazione di immagini del sottosuolo. Il sistema di calcolo che Cineca gestisce per conto di Eni permette di competere a livello internazionale nell’ambito dell’estrazione degli idrocarburi.
Un’altra partnership di stretta attualità è quella che li vede entrambi attivi alla realizzazione di Exscalate4CoV, progetto europeo sviluppato da Dompè e già utilizzato nello studio del virus Zika, il cui obiettivo è individuare i farmaci più sicuri e promettenti per il trattamento del Covid-19. La seconda modalità è quella che vede Cineca mettere a disposizione la propria competenza sotto forma di servizi customizzati in cloud, un ambiente virtuale attivo su un’infrastruttura Hpc «e che può essere utilizzato da aziende per contare su potenze di calcolo altrimenti inimmaginabili». Con il ruolo di digital innovation hub, Cineca si pone come interlocutore per fornire servizi tecnologici di simulazione numerica basati su supercalcolo e cloud. In generale nel contesto dell’innovazione tecnologica, promuove l’accesso alle competenze che possono aiutare anche le piccole industrie a valutare, pianificare e dominare la trasformazione digitale.
Il terzo riguarda lo sviluppo di Proof of concept mediante l’elaborazione condivisa con il sistema impresa, che in questo modo familiarizza la traduzione di un problema in un workflow che può essere sviluppato mediante high performance computing, Big data processing, Artificial intelligence. Cineca mediante la potenza di calcolo e le competenze computazionali, aiuta le imprese ad accelerare il “time-to-solution” tramite diversi servizi che vanno dagli accessi on-demand all’infrastruttura di calcolo, alla valutazione e alla ottimizzazione delle prestazioni, fino appunto allo sviluppo di progetti Poc.
Cineca e Hpc: i servizi a valore aggiunto per le Pmi
A proposito di calcolo industriale il ruolo di Cineca è anche quello di proporre soluzioni personalizzate e di fornire un’automatizzazione dei processi con applicazioni in grado di sfruttare le potenzialità dell’Hpc. A questo riguardo lo scorso marzo, la Commissione Europea ha approvato due progetti particolarmente importanti per il sostegno all’innovazione dell’Italia e che vedono Cineca come principale partner nazionale. «Il primo progetto ha nome FF4EuroHpc (Hpc Innovation for european SMEs), avrà durata triennale a partire dal prossimo settembre, ed è finanziato con 10 milioni di euro tramite European High-Performance Computing Joint Undertaking, partnernariato pubblico-privato dedicato al calcolo ad alte prestazioni (Hpc) come tecnologia abilitante», spiega Claudio Arlandini, project manager Hpc for industry di Cineca.
«FF4EuroHPC è coordinato dal Centro di calcolo dell’Università di Stoccarda appartenente come Cineca alla ristretta cerchia (Tier-0) dei più importanti centri di supercalcolo europei, e con forti legami con le grandi case automobilistiche tedesche». Completano il partenariato due altri centri di calcolo con forti legami con le aziende del territorio, lo Spagnolo Cesga e lo Sloveno Arctur, e due enti (il tedesco Scapos, emanazione dell’istituto Fraunhofer e il francese Teratec) capaci di fungere da collettore delle richieste di innovazione che vengono dalle piccole e medie imprese Europee, che sono il target dell’iniziativa. «In realtà FF4EuroHpc è l’ultima evoluzione in termini di tempo di una serie di progetti di innovazione tecnologica denominati Fortissimo che a partire dal 2005 hanno finanziato circa 100 “esperimenti” di innovazione mediante l’uso di tecnologie Hpc e Big Data e selezionati mediante call pubbliche da un pool di esperti indipendenti valutando in primo luogo l’impatto sul business aziendale».
Il supercomputer Leonardo
I progetti precedenti hanno innanzitutto dimostrato il grande interesse per la formula e per il sistema Italia in particolare. «Due numeri lo testimoniano: a ogni open call, a fronte di un budget che permetteva di finanziare 10–15 progetti, si avevano consistentemente 75–100 sottomissioni; nonostante le call fossero aperte e diffuse estensivamente in tutta Europa, il 25% delle sottomissioni (e dei progetti selezionati) provenivano da aziende Italiane», specifica sempre Arlandini. FF4Hpc partirà quindi dalle lezioni apprese nei progetti Fortissimo e l’80% del budget verrà utilizzato per esperimenti di innovazione. Ci saranno quindi due open call che si apriranno probabilmente a novembre 2020 e giugno 2021, per consentire agli esperimenti selezionati di iniziare rispettivamente a giugno 2021 e marzo 2022. Essi avranno una durata massima di 15 mesi e beneficeranno di un finanziamento individuale non superiore a 200mila euro. Il partenariato deve includere necessariamente una Pmi europea come beneficiario principale e uno dei partner tecnologici del progetto come fornitore di risorse e soluzioni, ma può essere allargato ad altri partner industriali o accademici (come fornitori di specifiche tecnologie o software) che possono completare le competenze necessarie. L’obiettivo è finanziare circa 40 nuovi esperimenti in totale. «Stiamo cercando esempi business-oriented guidati dalle esigenze di Pmi innovative che promuovano l’uso di servizi tecnologici avanzati che coprono un’ampia gamma di applicazioni necessitanti di: complessi flussi di lavoro di modellazione e simulazione; analisi di dati (Hpda – High performance data analytics); metodologie di machine learning e di intelligenza artificiale».
Il secondo progetto ha nome EUHubs4Data (European federation of data driven innovation hubs) avrà durata triennale a partire dal prossimo settembre, ed è finanziato con 10 milioni di euro da Horizon 2020. Si potrà contare su un finanziamento più contenuto (60mila euro) e anche in questo caso il focus è sulla sperimentazione di tecnologie per l’elaborazione dei dati. «Con Fortissimo, nelle due precedenti edizioni si è arrivati a finanziare complessivamente cento iniziative a livello europeo, di cui 40 circa italiane. Con questa terza edizione ci aspettiamo di arrivare a finanziamento una quarantina di progetti di cui 12/15 italiani. Questo significa, per il sistema nazionale, aver raggiunto un monte complessivo di finanziamenti di 7/8 milioni di euro iniziali che nel giro di 24/30 mesi porta alla realizzazione di almeno 25 progetti per 15 milioni di euro in mobilitazione economica», illustra Sanzio Bassini.
Cineca per l’Industria 4.0: il consorzio Bi-Rex
Il Consorzio interuniversitario è uno dei membri fondatori del consorzio pubblico privato Bi-Rex (Big Data Innovation & Research EXcellence), primo a partire degli otto competence center selezionati dal Mise che ha stanziato un finanziamento di 9,2 milioni di euro, che si aggiungono agli oltre 15 milioni di euro di investimento dei partner privati. Raccoglie in partenariato 57 attori tra Università, Centri di Ricerca e 45 Imprese di eccellenza per assistere le aziende e in particolare le Pmi nell’adozione delle tecnologie abilitanti Industria 4.0. Spiega Roberta Turra, team lead Cineca che il Consorzio «ha partecipato al tavolo di lavoro preparatorio fin dal novembre 2016, con l’obiettivo di rendere disponibili risorse di calcolo e servizi alle imprese a supporto dell’innovazione, facendo sinergia con le altre realtà locali. Questo lungo lavoro di collaborazione ha portato alla formulazione della proposta del Competence Center BI-REX che è poi stata finanziata».
Lo stesso Cineca attualmente partecipa con il ruolo di membro del Comitato d’Indirizzo, collabora alla realizzazione di workshop, principalmente in ambito Big Data, fornisce la piattaforma Pica (Piattaforma integrata concorsi atenei) per la gestione dei bandi. Inoltre partecipa al gruppo di lavoro per la definizione dei servizi che metterà a disposizione delle imprese e collabora al gruppo di lavoro per la connettività e IoT della linea pilota. «Altre attività riguardano il supporto alla fase progettuale per la partecipazione ai bandi Bi-Rex alle aziende che lo richiedono, il peer review dei progetti già approvati, e, in prospettiva, l’accesso a risorse computazionali, in cloud o Hpc, attraverso un canale privilegiato (con modalità da definire) e la formazione specifica su come usare le risorse di calcolo per Simulazioni e Intelligenza Artificiale». Cineca sarà infine un probabile partner strategico nella candidatura di Bi-Rex a diventare Polo Europeo per l’innovazione digitale (European Digital Innovation Hub) «in risposta al bando che uscirà in autunno all’interno del Programma Europa Digitale».
Cineca e Hpc per l’industria 4.0: l’impegno sui digital twin
Sempre nel filone Industria 4.0 e capacità di supercalcolo si inserisce il filone di sviluppo sui digital twin. Cineca grazie al suo know-how nel campo dell’Hpc contribuisce a molti progetti sul tema. La simulazione abilitata dalle infrastrutture Hpc nei gemelli digitali ha un doppio ruolo chiave, sia nella progettazione che nel funzionamento del digital twin. Nella prima è possibile simulare comportamenti differenti del processo per riuscire a prevedere situazioni di rischio, mentre nella fase di funzionamento se un comportamento non è chiaro all’algoritmo di previsione si può effettuare una simulazione per approfondire una situazione di possibile anomalia.
Tra i progetti in cui Cineca è partner vale la pena di segnalare IoTwins. Si tratta di un progetto europeo coordinato da Bonfiglioli Riduttori per cui è previsto un budget complessivo di investimento totale di circa 20 milioni di euro. Nasce grazie all’azione congiunta del Consorzio Interuniversitario in sinergia con Università di Bologna e Infn, cui partecipa anche Art-ER all’interno dell’Associazione Big Data e grazie alla progettazione del competence Center Bi-Rex, dove si è finalizzato il contatto con Bonfiglioli Riduttori e Marposs. Scopo di IoTwins è sperimentare nuove tecnologie per la digitalizzazione dei processi e dei prodotti industriali, grazie a 12 piattaforme di test che realizzeranno gemelli digitali. Servirà a valutare in anticipo, in una realtà virtuale, pregi e difetti dei processi industriali che saranno poi applicati alle produzioni. IoTwins mira a realizzare queste piattaforme capaci di integrare tecnologie avanzate come edge computing, intelligenza artificiale, machine learning, high performance computing.
Punto di forza del progetto è il focus sulla replicabilità delle soluzioni: IoTwins non solo realizza un’architettura di riferimento, ma la può implementare in differenti banchi di prova specifici. Questi testbed riguarderanno l’ambito manifatturiero e la gestione di infrastrutture. Nel primo caso si vaglieranno sviluppi dedicati per esempio a turbine eoliche e a macchine utensili per la produzione di componenti automotive; nel secondo caso si valuterà, per esempio, la gestione del Camp Nou, lo stadio di calcio del Barcellona. È prevista anche la possibilità di un utilizzo dello strumento per le piccole e medie imprese. «Abbiamo anche progetti indiretti con alcune industrie, che hanno necessità di comprendere l’applicabilità di determinate tecnologie – spiega Cinzia Zannoni, responsabile dello Sviluppo applicazioni Hpc – In questo caso Cineca svolge valutazioni specifiche, mettendo a sostegno il proprio know-how per esempio nella ricostruzione in 3D, replicando in digitale un impianto o un manufatto mediante tecniche di rilievo digitale basate su nuvole di punti e fotogrammetria o sensori laser».
Un’altra applicazione che il Consorzio vuole portare avanti a questo proposito nei prossimi mesi è la creazione di un digital twin dell’Hpc Leonardo. «Intendiamo svolgere una sperimentazione in house di tecnologie di interfaccia mirati alla digitalizzazione di oggetti reali, potendo così creare un’interrelazione con l’infrastruttura fisica, abbinando le competenze del calcolo scientifico a quelle di visualizzazione dei dati, in una interazione che si esprime anche mediante realtà virtuale e realtà aumentata». A quest’ultimo proposito la stessa responsabile ricorda che Cineca fu il primo a introdurre in Italia, alla fine degli anni Novanta, un teatro virtuale dove fare visualizzazioni in 3D.
«Le nostre specifiche competenze le forniamo nell’ambito di progetti abbinato anche all’analisi dei dati e a nuove metodologie per visualizzare sinteticamente grandi mole di dati assieme alla possibilità di applicare anche tecniche di tipo statistico per recuperare nuove informazioni dai dati. Per esempio, nel caso del digital twin del nostro supercomputer, vorremmo avere un sistema di previsione dei guasti, interpretando la sensoristica a bordo del calcolatore per identificare eventuali anomalie in modo mirato ed efficace».
