High Performance Computing, quando la capacità di calcolo diventa valore pubblico

Non sempre il limite alla capacità di innovare della Pubblica Amministrazione è la disponibilità dei dati. Simulare un sistema complesso, confrontare scenari alternativi, elaborare grandi volumi di informazioni o sviluppare modelli di intelligenza artificiale pongono infatti una questione di scala. Quanto più le elaborazioni diventano complesse e articolate, tanto maggiore è la capacità di calcolo necessaria per sostenerle in tempi compatibili con gli obiettivi. La vera sfida, oggi, è riuscire a valorizzare il patrimonio informativo disponibile e a trasformarlo in una risorsa capace di orientare in modo più sistematico processi, programmazione e azione pubblica.

La potenza di calcolo assume, allora, un rilievo che trascende la semplice performance tecnologica per diventare una componente fondamentale della capacità di innovare.

Il supercalcolo, in particolare l’High Performance Computing (HPC), acquista in questo contesto rilevanza strategica. Attraverso l’elaborazione parallela e l’impiego coordinato di molteplici risorse di calcolo, i sistemi HPC consentono di affrontare elaborazioni intensive per quantità di dati e complessità dei modelli.

Una capacità accessibile anche al settore pubblico

L’Europa sta costruendo attorno a queste tecnologie un ecosistema fatto sì di supercomputer, ma anche di competenze, servizi e modalità di accesso. EuroHPC JU, l’impresa comune europea per il calcolo ad alte prestazioni, sostiene una rete di National Competence Centres che ha tra i propri obiettivi quello di facilitare l’utilizzo di applicazioni HPC da parte delle amministrazioni, fornire competenze scientifiche e tecniche e supportare l’accesso ad algoritmi, software e strumenti avanzati di simulazione e modellazione.

A questo ecosistema si aggiungono le AI Factories, che estendono l’impiego della capacità di supercalcolo ai carichi di lavoro dell’intelligenza artificiale. In Italia, IT4LIA AI Factory, ospitata e gestita da CINECA al Tecnopolo DAMA di Bologna, si sta dotando di un nuovo supercomputer che raggiungerà una potenza superiore a 160 Exaflops nell’AI inference. Per la PA significa poter guardare all’HPC non soltanto come infrastruttura per elaborazioni scientifiche, ma come capacità abilitante per sviluppare, testare ed eseguire applicazioni avanzate di intelligenza artificiale. L’accesso alle infrastrutture, del resto, non riguarda esclusivamente il mondo della ricerca.

A queste nuove possibilità corrisponde l’esigenza di governare l’utilizzo dei dati e dei modelli, nel quadro dei principali riferimenti normativi europei: l’AI Act (Regolamento UE 2024/1689), che introduce requisiti di gestione del rischio, governance e trasparenza per i sistemi di IA ad alto rischio; il GDPR (Regolamento UE 2016/679), che disciplina il trattamento dei dati personali secondo principi di liceità, minimizzazione e adeguate misure di protezione; e la NIS2 (Direttiva UE 2022/2555), che rafforza gli obblighi di gestione del rischio e protezione dei sistemi e delle reti per i soggetti rientranti nel suo perimetro applicativo.

Dal tempo di calcolo al tempo della decisione: il caso CIRA

Dalla previsione degli eventi atmosferici alla mobilità, dalla pianificazione energetica all’analisi di scenari complessi, sono diversi gli ambiti nei quali la capacità di elaborare rapidamente grandi quantità di dati può supportare l’azione pubblica.

Ma come si misura questo vantaggio computazionale? Un’indicazione arriva dall’esperienza del Centro Italiano Ricerche Aerospaziali (CIRA), che vanta una tradizione quarantennale nella simulazione scientifica per applicazioni aerospaziali.

Nella visione del CIRA, l’HPC non coincide con il solo supercomputer, ma è un insieme integrato di hardware, software e competenze. Il Laboratorio di Calcolo ad Alte Prestazioni lavora infatti sulla progettazione e gestione dell’infrastruttura, sugli algoritmi numerici, sull’ottimizzazione dei software scientifici e sulla loro parallelizzazione, con l’obiettivo di portare i tempi delle simulazioni da mesi a settimane, da settimane a ore. È il salto nella scala temporale a mostrare ciò che l’HPC rende possibile nella pratica.

Questa capacità poggia oggi su Partenope, il cluster HPC del CIRA composto da 118 nodi di calcolo e 11.328 core, con una potenza aggregata di 1 petaflops. In ambito aerospaziale, la simulazione aerotermodinamica dei comandi di volo dello Space Rider (il veicolo spaziale riutilizzabile dell’ESA) passa da sette mesi in modalità seriale ad appena un giorno e mezzo utilizzando 200 CPU. Ma è nella modellistica meteorologica che il caso si avvicina maggiormente ad aspetti di interesse pubblico.

Il CIRA utilizza il modello ICON per previsioni meteorologiche ad altissima risoluzione su un’area che comprende gran parte delle regioni Lazio e Campania, considerando periodi caratterizzati dalla presenza di eventi estremi. Il dominio utilizzato conta complessivamente 16,9 milioni di celle: il tempo di esecuzione passa da 1,4 giorni in modalità seriale a 100 secondi grazie all’uso di 1.152 core.

Previsione meteorologica, adattamento climatico e gestione dei rischi naturali sono tra gli ambiti nei quali le infrastrutture europee di supercalcolo trovano applicazione. Un esempio europeo è Destination Earth (DestinE), l’iniziativa della Commissione europea che integra capacità di supercalcolo, dati e Digital Twin del sistema Terra. In questa infrastruttura è presente anche Leonardo, il supercomputer EuroHPC ospitato a Bologna, entrato a far parte del Data Lake distribuito di DestinE. Attraverso il relativo Data Bridge è possibile integrare e accedere a grandi volumi di dati ambientali indipendentemente dalla loro ubicazione.

È un esempio di come capacità computazionale, dati e modelli possano essere integrati per analizzare fenomeni complessi e mettere strumenti informativi a disposizione anche di chi definisce e attua politiche pubbliche.

Questa prospettiva acquista ulteriore rilevanza con la crescente diffusione dell’intelligenza artificiale. HPC e IA possono integrarsi in entrambe le direzioni: da un lato, le infrastrutture ad alte prestazioni mettono a disposizione la capacità computazionale necessaria per sviluppare ed eseguire modelli complessi; dall’altro, tecniche di IA possono essere integrate nei processi di simulazione per accelerare specifiche elaborazioni o sfruttare le basi di dati generate dai modelli numerici. Il CIRA sta esplorando questa integrazione attraverso approcci come le Physics-Informed Neural Networks (PINN), che incorporano conoscenze fisiche nei modelli di IA, e attraverso l’integrazione dell’intelligenza artificiale nei simulatori numerici, sfruttando le basi di dati delle soluzioni disponibili.

La potenza di calcolo da sola non basta

Se il valore per la PA sta nei risultati delle elaborazioni, quei risultati dipendono però da ciò che avviene a monte. Un ambiente HPC deve integrare calcolo, memoria, storage, rete e software in funzione dei carichi di lavoro da affrontare. Nel caso di Partenope, i nodi di calcolo xFusion si inseriscono in un’architettura che comprende sistemi di storage ad alte prestazioni (per un totale di 4.548 TB) e una rete di interconnessione a 200 Gbit/s. Una configurazione che richiede un’accurata attività di system integration, ambito in cui opera HTDI come partner di xFusion per garantire la coerenza e l’efficienza dell’intero sistema.

Per la Pubblica Amministrazione, la lezione è soprattutto organizzativa: è in questo passaggio, dalla disponibilità della potenza computazionale alla capacità di utilizzarla per affrontare problemi concreti, che il supercalcolo può trasformarsi da infrastruttura tecnologica in valore pubblico.

Il rapporto tra High Performance Computing, intelligenza artificiale e innovazione nella Pubblica Amministrazione sarà approfondito nel webinar “HPC e IA nella Pubblica Amministrazione: dalla potenza di calcolo ai casi d’uso concreti”, realizzato da FPA in collaborazione con HTDI. L’appuntamento offrirà l’occasione per approfondire casi d’uso ed esperienze, proseguendo il confronto su come portare il supercalcolo dalla dimensione della ricerca a quella dell’impatto concreto nella PA.