Scritto da Pandora Rivista
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Sanzio Bassini (CINECA) è Leader dello Spoke 0 e componente dello Spoke Coordination Board del Centro Nazionale ICSC. Claudio Grandi (INFN) è Co-Leader dello Spoke 0 Spoke e membro del Coordination Board del Centro Nazionale ICSC. Massimo Carboni è Vicedirettore e Chief technical officer di GARR – Gestione Ampliamento Rete Ricerca.
Oggi si parla sempre più spesso di supercalcolo e cloud come infrastrutture strategiche, soprattutto considerando la crescita continua dei dati provenienti da fonti molto diverse. Quando si parla di un’infrastruttura pubblica di Cloud HPC, che cosa si intende concretamente? E quali elementi la distinguono da un’infrastruttura più tradizionale?
Grandi: L’idea dell’utilizzo del cloud è fondamentalmente quella di consentire ai singoli utenti di costruire, utilizzando strumenti di base, un vero e proprio ecosistema. Quindi non soltanto la possibilità di sottomettere workflow a un centro di calcolo che esegue simulazioni o tratta dati per trasformarli, ma la possibilità di costruire qualcosa di più complesso. Per esempio, creare piattaforme, piccole o grandi, dedicate a workflow di intelligenza artificiale, oppure database che consentano di condividere dati, o ancora pagine web e servizi che permettano di accedere in maniera più trasparente ai dati archiviati o generati. Uno degli aspetti riguarda la possibilità di identificarsi al sistema in modo semplice, utilizzando le credenziali della propria istituzione di appartenenza e, attraverso accordi tra enti diversi, avere accesso anche a risorse messe a disposizione da altre istituzioni. È quello che normalmente viene indicato come sistema di autenticazione e autorizzazione federata. Questo però spesso si scontra con le esigenze legate alla gestione della sicurezza delle infrastrutture di calcolo, che richiedono un controllo molto forte e diretto dell’identità di chi accede alle risorse dentro queste infrastrutture. Un aspetto che avevamo intenzione di sviluppare ma che abbiamo dovuto posticipare.
Carboni: L’elemento fondamentale è che parliamo di un’infrastruttura sovrana, fornita come servizio innanzitutto al sistema della ricerca e dell’innovazione, ma che allo stesso tempo sviluppa competenze. Il principale obiettivo è da una parte portare competenze all’interno del sistema e, dall’altra, aprire la possibilità di utilizzare queste infrastrutture sia dal lato della ricerca che attraverso meccanismi di grant e accesso privato che seguano una logica di valorizzazione del risultato scientifico. Naturalmente i costi esistono e sono importanti, ma il modello non è quello puramente commerciale degli hyperscaler. È inoltre un modello di sperimentazione e gestione di infrastrutture complesse distribuite sul territorio – ed è qui che entra in gioco GARR: la rete non è semplicemente il canale attraverso cui transitano i dati, ma parte integrante dell’infrastruttura stessa. Un centro di calcolo isolato, per quanto potente, non può rispondere alle esigenze di comunità distribuite su tutto il territorio nazionale. La connettività ad alta capacità è la condizione che rende possibile il cloud come servizio reale, non come promessa. Si tratta di gestire grandi quantità di dati provenienti dal mondo della ricerca o dal settore pubblico e di fornire questi dati e questi strumenti come servizio. Il motivo per cui il cloud è importante è che introduce un modello replicabile che si svincola da soluzioni troppo verticali. Permette di sviluppare servizi, competenze e strumenti che possono poi essere riutilizzati in contesti differenti.
Bassini: Questa iniziativa si inserisce in un contesto europeo in cui è evidente il tentativo di costruire una risposta alla trasformazione digitale, inserita nel quadro del Next Generation EU e delle strategie europee sul supercalcolo e l’intelligenza artificiale. L’obiettivo è mantenere una capacità pubblica di indirizzo su infrastrutture strategiche. Negli Stati Uniti vediamo una trasformazione digitale fortemente dominata dalle Big Tech, al punto da mettere in discussione il rapporto stesso tra infrastrutture, ricerca e impatto socioeconomico. La risposta europea è invece pubblico-privata: esiste certamente un coinvolgimento industriale, ma dentro una capacità pubblica di mantenere controllo e indirizzo. La sovranità dipende anche da questo, cioè dalla possibilità di preservare una componente culturale, evitando che lo sviluppo digitale sia interamente dominato da forme di colonialismo tecnologico esercitate dalle grandi piattaforme globali. Il valore dei dati attraversa ambiti molto diversi, dall’osservazione scientifica alla sensoristica ambientale, dalla meccatronica ai sistemi industriali, fino ai dati detenuti dalle aziende. Questo cambia completamente il panorama rispetto al passato, perché storicamente il mondo dell’HPC era dominato quasi esclusivamente da comunità scientifiche molto avanzate, che avevano un controllo diretto dell’infrastruttura. Oggi invece esiste una domanda molto più ampia e differenziata, con utenti che possono non conoscere il dettaglio tecnologico sottostante dell’infrastruttura che vogliono utilizzare. Pensiamo a chi deve fare processing dei dati di un sequenziamento genomico: conosce perfettamente la biologia molecolare, la struttura della sequenza genomica e la propria competenza di dominio, ma non necessariamente l’architettura hardware, il sistema operativo o lo stack tecnologico dietro l’infrastruttura. Questo porta verso modelli di virtualizzazione che rendono l’accesso alle risorse sempre più indipendente dalla loro collocazione fisica. Le grandi piattaforme private hanno già consolidato modelli di accesso di questo tipo e tendono a imporre i propri stack software come standard di fatto; noi abbiamo cercato di costruire una risposta pubblica europea capace di mantenere interoperabilità, controllo dell’infrastruttura e sovranità tecnologica. Nella consapevolezza, però, che il percorso dovrà continuare attraverso ulteriori attività di integrazione e consolidamento.
Il Centro Nazionale si caratterizza anche per essere un’infrastruttura distribuita, che mette insieme realtà come CINECA, GARR, INFN e numerosi altri soggetti. Quanto è importante oggi avere un coordinamento nazionale su questi temi? E quali problemi permette di affrontare che altrimenti rischierebbero di rimanere frammentati?
Bassini: Più che importante, direi imprescindibile. L’Italia è un Paese che, per dimensioni e caratteristiche, fatica a ritrovarsi completamente all’interno dei grandi processi internazionali. In questo caso, però, si è verificata una convergenza nel mantenere una visione comune, soprattutto rispetto alle strategie europee – da EuroHPC fino al PNRR e alle prospettive future legate all’evoluzione delle infrastrutture digitali e dell’intelligenza artificiale. L’Italia ha acquisito così una migliore visibilità internazionale rispetto al solito e oggi il sistema italiano del supercalcolo e delle infrastrutture digitali ha una rilevanza assoluta a livello mondiale, sia per capacità computazionale sia per integrazione delle reti e distribuzione territoriale. Nei ranking internazionali l’Italia compare stabilmente tra i principali Paesi nel campo del supercalcolo. Il Centro Nazionale è stato importante proprio perché ha permesso di mettere insieme degli investimenti che altrimenti sarebbero rimasti separati. Molte iniziative nate in contesti differenti – altri centri nazionali, partenariati estesi, fondi europei e investimenti PNRR – sono state integrate dentro una visione comune. In pratica si è creata una capacità di attrazione e integrazione delle risorse che ha aumentato enormemente la massa critica disponibile. L’investimento iniziale sull’infrastruttura era dell’ordine di 150 milioni, ma grazie a questo approccio siamo arrivati a mobilitare risorse complessive superiori ai 300 milioni. Tutto questo è stato possibile perché è stata mantenuta una linea strategica coerente nel tempo.
Carboni: Dal punto di vista della rete, tutto questo nasce da una visione costruita negli anni. GARR è un consorzio che rappresenta il sistema italiano della ricerca e dell’educazione e già dal 2018 ha impostato un progetto di evoluzione infrastrutturale a lungo termine. La logica è stata quella di non creare infrastrutture isolate o “cattedrali nel deserto”, ma di integrare investimenti differenti dentro un unico disegno strategico. Oggi la rete GARR è una delle infrastrutture più avanzate a livello europeo, tanto dal punto di vista tecnologico quanto per capacità di connessione e distribuzione territoriale. In alcuni contesti la capacità di connessione raggiunge livelli comparabili a quelli dei grandi operatori di telecomunicazioni – con link a 400 gigabit per secondo sui backbone principali e connessioni a 100 gigabit verso siti che fino a pochi anni fa erano raggiungibili solo con capacità di un ordine di grandezza inferiore. Oltre ai grandi poli come Bologna, che è centrale per il supercalcolo, colleghiamo anche siti periferici e infrastrutture scientifiche remote, portandoli allo stesso livello delle infrastrutture nelle grandi città. Penso, per esempio, a Portopalo di Capo Passero, con il laboratorio nel Mar Ionio, oppure alla miniera di Sos Enattos in Sardegna. Uno degli aspetti più importanti di questo modello è che si è compreso come le infrastrutture di ricerca possano avere ricadute molto più ampie sulla società. Dal nostro punto di vista abbiamo valorizzato una serie di interventi teoricamente distinti, ma come parte di una visione a lungo termine. Il vero vantaggio è stato arrivare al momento del PNRR con questa strategia già pronta. Quando sono arrivati i finanziamenti, sapevamo già cosa fare. Questa è anche la soddisfazione maggiore: avere dato corpo alle idee costruite nel tempo.
Grandi: L’Italia, quando ha avuto soggetti chiaramente identificati in ambito internazionale, si è sempre posizionata molto bene. È successo con CINECA nel supercalcolo europeo, con GARR nel mondo delle reti e con INFN nello sviluppo delle infrastrutture di calcolo distribuite. Il salto di qualità è arrivato quando i dati hanno assunto un ruolo sempre più centrale. A quel punto non bastavano più infrastrutture separate – rete, HPC, cloud distribuito – ma è diventato necessario integrarle. Con iniziative come EOSC, l’European Open Science Cloud, non esisteva più un singolo soggetto in grado di rappresentare da solo il sistema italiano, perché i dati provenivano da contesti estremamente diversi e richiedevano infrastrutture differenti che dovevano necessariamente dialogare tra loro. Da lì è nata l’esigenza di mettere insieme tutte le realtà italiane dentro una struttura coordinata, capace di presentarsi all’esterno con una sola voce e una sola strategia. Nel passato recente questo ruolo è stato svolto da ICDI, la Italian Computing and Data Infrastructure rappresentato da GARR; oggi può essere svolto da ICSC in modo estremamente più efficace. È questo che ci permette di mantenere un impatto così rilevante a livello internazionale.
Abbiamo parlato delle richieste di accesso ai servizi, che non riguardano più solo una cerchia ristretta ma vari soggetti e applicazioni molto diverse tra loro. Quali sono state le principali difficoltà nel far dialogare componenti così differenti? E in che modo è cambiato il vostro modo di lavorare?
Carboni: La rete nasce già come strumento di comunicazione eterogeneo, aperto a comunità molto diverse tra loro. È una rete dedicata, ma costruita su protocolli standard e quindi pensata proprio per far dialogare mondi differenti. Dal punto di vista funzionale, lo sforzo principale è stato da una parte aumentare il throughput, quindi la capacità di muovere dati sempre più velocemente, e dall’altra garantire un modello di security che consentisse di gestire in modo affidabile quelle problematiche che emergono quotidianamente dentro infrastrutture di queste dimensioni. Su questo secondo fronte, la sfida non è banale: una rete aperta e capillare come la nostra è per sua natura esposta a una superficie di attacco ampia. Abbiamo dovuto sviluppare capacità di rilevamento e mitigazione – inclusa la gestione degli attacchi DDoS su scala – mantenendo però la natura aperta e federata che è la ragione stessa per cui la rete esiste. Chi ha sviluppato l’infrastruttura ha dovuto quindi tenere insieme sia l’aspetto funzionale sia la necessità di garantire che tutti i soggetti che operano dentro questo sistema – pubblici o privati – siano protetti rispetto alle minacce informatiche e tecnologiche. I dati oggi hanno un valore enorme e quindi diventano inevitabilmente oggetto di attenzione. In questo senso, un’infrastruttura aperta e capillare come la nostra deve essere in grado non solo di trasportare i dati il più velocemente possibile, ma anche di farlo garantendo affidabilità e sicurezza – e senza che queste due esigenze si contraddicano a vicenda.
Grandi: L’INFN nasce per fare ricerca in un ambito molto specifico, quello della fisica nucleare e subnucleare; quindi, la nostra esperienza era legata soprattutto a quella comunità scientifica. Però già negli anni precedenti, grazie ai progetti europei sul calcolo distribuito, avevamo iniziato a lavorare anche con altre comunità – biomedicale, smart city e così via – quindi non partivamo completamente da zero. Il Centro Nazionale ha rappresentato però un salto di scala enorme, perché ci siamo trovati improvvisamente a lavorare con decine di nuove comunità, tutte insieme, con esigenze e competenze nell’ambito del calcolo molto diverse tra loro. Questo ha generato una pressione sulle attività di supporto agli utenti senza precedenti. Per gestire questa complessità è stato creato il Resource Access Committee, che faceva da interfaccia tra le richieste e chi poi doveva fornire concretamente le risorse di calcolo. Molto spesso le richieste arrivavano in forme non immediatamente traducibili in operazioni tecniche sull’infrastruttura; quindi, c’è stato un grande lavoro di mediazione, razionalizzazione e accompagnamento. A quel punto le richieste venivano indirizzate verso CINECA o INFN, che fornivano le risorse e seguivano poi concretamente gli utenti nell’utilizzo delle piattaforme. Per CINECA probabilmente questo passaggio era più naturale, perché aveva già una lunga esperienza consolidata; per noi è stato sicuramente un salto dimensionale importante.
Bassini: Questa sfida, che ha riguardato l’apertura verso un sistema molto più ampio, è stata determinata dalla struttura Hub & Spoke del Centro Nazionale. Gli Spoke coprivano ambiti disciplinari molto diversi, con soggetti pubblici e privati, e ciò ha reso necessario mantenere una visione nazionale, pur lavorando su esigenze molto differenziate. A un certo punto era chiaro come non bastasse più un’infrastruttura HPC classica come Leonardo: serviva anche una piattaforma caratterizzata per l’intelligenza artificiale, capace di abilitare workload che altrimenti non avremmo potuto sostenere. In parallelo è emersa la necessità di lavorare sul quantum computing, con piattaforme basate su tecnologie diverse, dalla superconduttività agli atomi neutri. Un altro elemento importante è stato il modello distribuito: punti di presenza a Napoli, Palermo, Milano e Trieste, costruiti in collaborazione con realtà differenti, dall’Agenzia per la cybersicurezza nazionale a Eni, fino alla Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA). L’obiettivo era avvicinare l’infrastruttura ai luoghi in cui si producono dati, ricerca e innovazione. Da qui deriva anche il tema della software stack nazionale: mettere insieme policy di accesso, modelli di sicurezza e modalità operative fino a costruire una piattaforma cloud comune per il sistema della ricerca e dell’innovazione. Il modo di lavorare è cambiato perché non si trattava più soltanto di potenziare una singola infrastruttura, ma di integrare tecnologie, territori e comunità dentro un sistema coerente.
Guardando alla governance europea, lo Spoke 0 e il Centro Nazionale si inseriscono dentro reti e strategie già esistenti, da EuroHPC fino alle iniziative sulle AI Factory. Quanto è importante oggi il livello europeo per il futuro di queste infrastrutture? E quali opportunità, ma anche quali vincoli, comporta questo tipo di integrazione?
Carboni: Iniziative come EuroHPC hanno svolto un ruolo su due livelli, contemporaneamente. Da una parte hanno sostenuto lo sviluppo di grandi infrastrutture di supercalcolo, dall’altra hanno spinto fortemente verso l’evoluzione del modello di governance e di connettività su scala paneuropea. Oggi non si tratta più soltanto di avere grandi capacità computazionali, ma di garantire che dati e infrastrutture possano parlarsi alla massima velocità possibile. Per questo si parla sempre più spesso di comunicazioni al terabit e di infrastrutture iperconnesse. La rete, in questo senso, diventa il collante di tutto il sistema europeo del supercalcolo e dei dati. GARR, a livello europeo, opera dentro GEANT, che è la federazione europea delle reti della ricerca. Tuttavia, GEANT non esiste separatamente dalle reti nazionali ma opera grazie a queste. Tutto questo serve a costruire una infrastruttura realmente integrata, evitando colli di bottiglia e mantenendo un modello aperto, nel quale dati e servizi possano circolare più velocemente possibile. La questione della sovranità dei dati resta aperta, ma la direzione è chiaramente quella di costruire un ecosistema europeo sempre più interoperabile.
Grandi: Il rapporto con l’Unione Europea è assolutamente essenziale, perché tutte queste attività non sono mai semplicemente nazionali. Storicamente, gran parte dei finanziamenti e delle decisioni strategiche arriva proprio dal livello europeo, in particolare attraverso EuroHPC, EOSC e le iniziative collegate. Senza far parte di questi programmi oggi sarebbe impossibile utilizzare il supercalcolo a questo livello. Lo stesso vale per il cloud distribuito, la gestione dei dati e le policy di accesso. È lì che vengono definite le regole e gli orientamenti strategici che poi hanno ricadute dirette anche sulle attività nazionali. Per questo è fondamentale continuare a essere presenti nei tavoli europei, sia dal punto di vista scientifico sia da quello politico e organizzativo. Paradossalmente, negli ultimi anni il PNRR ci ha anche messi in difficoltà su questo fronte, perché ha assorbito enormi quantità di energie e forza lavoro. Adesso però, con la progressiva conclusione di quella fase, si libera nuovamente la capacità di presidiare il livello europeo, che è fondamentale per mantenere il ruolo che l’Italia ha conquistato in questi anni.
Bassini: La trasformazione digitale legata a HPC, Big Data, cloud, intelligenza artificiale e quantum computing viene affrontata in Europa, ormai da almeno quindici o vent’anni, come una questione inevitabilmente paneuropea. Nessun Paese europeo, nemmeno Germania o Francia, avrebbe da solo la capacità di costruire le infrastrutture e le competenze necessarie per competere con Stati Uniti, Cina o Giappone. Per questo sono nate iniziative come EuroHPC, basate su un modello di cofinanziamento tra Commissione Europea e Stati membri. Il Centro Nazionale e lo Spoke 0 hanno avuto un ruolo importante nel mantenere una visione nazionale coerente, ma capace allo stesso tempo di agganciarsi stabilmente alle traiettorie europee. Le grandi direttrici sono sostanzialmente tre: l’iperconnettività e la federazione delle reti, il tema dei dati, l’intelligenza artificiale. Sul primo punto il ruolo di GARR e GEANT è centrale; sul secondo entra in gioco il tema dell’European Open Science Cloud, cioè la costruzione di un ecosistema europeo dei dati scientifici e della loro condizione; sul terzo grande asse, quello dell’intelligenza artificiale, le AI Factory europee rappresentano il tentativo di costruire una risposta europea ai grandi cloud provider globali – AWS, Google, Microsoft Azure, Meta, ma anche Alibaba o TikTok, che ormai è a tutti gli effetti un player cloud cinese. In prospettiva si parla già di Giga Factory per l’IA, cioè infrastrutture ancora più grandi pensate per preservare una capacità europea autonoma sul piano tecnologico e industriale. In questo contesto il tema della sovranità diventa centrale e riguarda sicuramente i dati e i servizi cloud, ma anche i componenti fondamentali delle infrastrutture. Per questo motivo oggi si lavora anche alla prospettiva di sistemi HPC costruiti interamente con tecnologie europee, dai processori fino alla software stack e all’integrazione finale. E il fatto che alcune integrazioni vengano realizzate da aziende italiane, come E4 nel caso delle AI Factory, è un segnale importante. Senza una strategia europea condivisa e senza una visione nazionale persistente non sarebbe possibile mantenere alcuna reale sovranità tecnologica.
Nelle vostre risposte è emerso anche il tema del “dopo PNRR”. Qual è l’eredità più importante lasciata da questo lavoro per il futuro? E quali aspetti diventeranno sempre più strategici nei prossimi anni?
Carboni: Una delle questioni fondamentali sarà riuscire a mantenere continuità rispetto alla visione strategica che è stata costruita. Molto di quello che oggi vediamo concretizzarsi nasce in realtà da progettualità pensate molto tempo fa. Il punto adesso è evitare che tutto questo venga considerato concluso con la fine del Piano. In realtà siamo soltanto all’inizio di una nuova fase. Le reti di ricerca stanno evolvendo verso architetture sempre più programmabili e disaggregate, in cui la capacità di instradare e trattare il traffico in modo intelligente diventa parte integrante del servizio – non solo infrastruttura passiva. In parallelo si apre il tema del quantum networking, che nei prossimi anni inizierà a intersecarsi con le infrastrutture ottiche esistenti, aprendo scenari nuovi sia per la distribuzione sicura delle chiavi crittografiche sia per le comunicazioni tra sistemi quantistici distribuiti. E resta aperta la sfida della sicurezza su scala federata: in un ecosistema in cui decine di istituzioni condividono risorse e identità digitali, il perimetro tradizionale non esiste più. Questo significa continuare a investire non soltanto nei grandi poli scientifici, ma anche nella capacità di portare le infrastrutture avanzate su tutto il territorio nazionale, mantenendo quella logica di sistema che è stata costruita in questi anni. Alla fine, il valore più grande, oltre all’infrastruttura in sé, è il fatto di avere costruito una rete di competenze, collaborazione e interoperabilità che prima non esisteva a questo livello.
Grandi: Uno degli aspetti più importanti sarà riuscire a mantenere e consolidare le competenze costruite attraverso il PNRR. In questi anni si è formato un ecosistema molto più ampio rispetto al passato, sia dal punto di vista delle persone che dal punto di vista delle collaborazioni tra comunità diverse. Il rischio sarebbe disperdere questo patrimonio nel momento in cui si conclude la fase straordinaria di finanziamento. Vedremo probabilmente un’integrazione sempre più forte tra HPC tradizionale, cloud, intelligenza artificiale e sistemi distribuiti. Molte comunità scientifiche stanno già lavorando in questa direzione, ma il panorama sta cambiando molto rapidamente e richiederà infrastrutture sempre più flessibili e interoperabili. Un altro elemento fondamentale sarà continuare a presidiare il livello europeo, perché le grandi decisioni su finanziamenti, policy e infrastrutture continueranno a essere prese lì.
Bassini: Il tema centrale sarà quello della sovranità intesa nel senso più ampio possibile: sui dati, sulle tecnologie, sulle infrastrutture, sulle software stack e persino sui componenti fondamentali dei sistemi di calcolo. Oggi l’Europa sta cercando di costruire una risposta al dominio tecnologico delle grandi piattaforme globali, ma è una sfida che richiede continuità strategica e capacità di investimento nel lungo periodo. Le AI Factory e le future Giga Factory europee rappresentano esattamente questo tentativo: costruire una capacità autonoma europea sull’intelligenza artificiale e sulle infrastrutture digitali avanzate. Ma il tema riguarda anche il quantum computing, i processori, gli acceleratori e la possibilità di costruire sistemi HPC basati interamente su tecnologie europee. In questo senso il Centro Nazionale ha avuto un ruolo importante perché ha permesso di costruire un ecosistema che tiene insieme infrastrutture, ricerca, industria e governance pubblica. La vera sfida sarà evitare che tutto questo si interrompa con la fine del PNRR. Serve invece una persistenza della visione nazionale capace di continuare a dialogare con il livello europeo e con le grandi trasformazioni tecnologiche in corso. Oggi le infrastrutture digitali, l’intelligenza artificiale, i dati e la capacità computazionale incidono direttamente sulla competitività industriale, sulla ricerca, sulla pubblica amministrazione e, in ultima analisi, sulla capacità del Paese e dell’Europa di arrivare a una propria autonomia strategica.
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