TeRABIT: mille miliardi di bit al secondo per la ricerca

Con il progetto TeRABIT e GARR-T, i ricercatori italiani avranno una infrastruttura digitale all’avanguardia e risorse di calcolo sempre più vicine e accessibili

Mauro Campanella

Frutto di una visione programmatica che parte da lontano, il progetto TeRABIT contribuisce significativamente alla crescita tecnologica del nostro Paese ed in particolare della Sardegna. Questo progresso è reso possibile grazie a un finanziamento di 41 milioni di euro provenienti dal Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR) nel bando sul potenziamento delle infrastrutture di ricerca. Il progetto è iniziato a gennaio 2023 ed è stato inaugurato a Cagliari nel marzo scorso. L’obiettivo è promuovere uno sviluppo nei modelli di uso ed accesso al calcolo ad alte prestazioni (HPC, High Performance Computing) offrendo soluzioni all’avanguardia per la comunità scientifica italiana.

Il nome stesso del progetto, TeRABIT, sottolinea la sua capacità di offrire una rete di comunicazione in fibra ottica all’avanguardia, estremamente affidabile e con connessioni che si integrano nella rete GARR-T e permettono l’accesso ad altissima capacità nel territorio nazionale e a livello internazionale. Questa infrastruttura consentirà il trasferimento di dati a una velocità vertiginosa di un Terabit al secondo, equivalenti a mille miliardi di bit al secondo.

Quattro importanti partner scientifici, GARR, INFN, OGS e CINECA, collaborano nel progetto per integrare e potenziare tre grandi infrastrutture di ricerca strategiche nazionali: la rete della ricerca italiana GARR-T, il nodo HPC PRACE-Italy di OGS presso CINECA ed il sistema di servizi cloud distribuito HPC-BD-AI dell’INFN. TeRABIT si fonda su tre pilastri fondamentali: l’estensione di una rete digitale sempre più veloce e capillare, il potenziamento e diffusione del calcolo HPC tradizionale e l’integrazione fra i due con l’aggiunta di innovative “bolle HPC” distribuite che avvicinino l’HPC all’utente ed ai dati.

Questo approccio non solo amplia le opportunità per gli utenti, consentendo loro di supportare progetti e comunità scientifiche precedentemente esclusi dall’uso dell’HPC, ma promuove anche un utilizzo più veloce ed efficiente delle risorse disponibili. Tali risorse di calcolo infatti saranno messe a disposizione in modo granulare ed i ricercatori potranno scegliere all’interno di un’ampia gamma di servizi in base alle proprie esigenze: dal calcolo di prossimità, fin quasi sulla scrivania, per analisi iniziali, di minore entità, crescendo attraverso le “bolle HPC”, fino a grandi nodi HPC, come PRACE o il supercomputer Leonardo, con l’aumentare di requisiti e complessità. Dal punto di vista dell’infrastruttura di rete, TeRABIT estenderà la rete GARR-T, già operativa, con particolare attenzione all’Italia insulare, includendo la Sardegna. Questa estensione permetterà di collegare l’isola con l’infrastruttura in fibra ottica di uso esclusivo anche in aree fino ad ora in forte divario digitale.

Per saperne di più su questo progetto abbiamo incontrato il coordinatore scientifico Mauro Campanella, responsabile dei progetti di ricerca internazionali GARR.

Come si potrebbe descrivere il progetto in una sola frase?

Lo definirei “innovazione nella continuità”. Innovazione perché stiamo realizzando qualcosa che prima non c’era, sia a livello di infrastruttura geografica che di modello adottato. Non stiamo realizzando infatti solo infrastrutture più grandi o più potenti, ma stiamo anche cambiando il modello di offerta all’utilizzatore e quello di gestione che è sempre più basato sul software. Questo vale sia per la rete che per le risorse HPC che richiedono lo sviluppo di nuovo codice e modelli per poter analizzare quantità di dati sempre crescenti.

Al tempo stesso, la continuità è rappresentata dal funzionamento che rimane costante delle tre infrastrutture (GARR-T, PRACE-Italy e HPC-BD-AI), già riconosciute all’interno del Piano Nazionale Infrastrutture di Ricerca (PNIR 2021-27) del Ministero dell’Università e della Ricerca. Questo progetto quindi è molto concreto perché si basa su un’esperienza consolidata dei partner che già collaborano per dare un concreto supporto a chi fa ricerca. Le infrastrutture sono macchine già attive ed in movimento, e ciò rappresenta una sfida ulteriore perché dobbiamo garantire la continuità di servizio per i nostri utenti.

Il progetto serve ampie aree del territorio nazionale ma avrà un impatto dirompente soprattutto per la Sardegna. Quali sono le principali azioni in questa regione?

Collegare la Sardegna in fibra ottica dedicata è un obiettivo che GARR si è sempre posto. Finalmente, grazie al PNRR, abbiamo la possibilità di estendere la dorsale nazionale all’isola, garantendo un doppio collegamento superveloce in fibra ottica attraverso cavi sottomarini. Questa infrastruttura permetterà un collegamento veloce in fibra a più siti sull’isola, e ne garantirà la ridondanza e l’affidabilità a beneficio dell’intera comunità scientifica isolana, tra cui le università di Cagliari e di Sassari, l’INAF con il radiotelescopio di San Basilio, l’ASI con l’iniziativa Sardinia Deep Space Antenna e l’INGV con le sue attività di ricerca.

L’esistenza di questa infrastruttura permetterà facilmente di estendere la ricerca scientifica locale oltre i confini nazionali. La Sardegna si è proposta per ospitare la sede dell’Einstein Telescope, un progetto internazionale per la rivelazione delle onde gravitazionali. Questo richiederà la condivisione, con una bassissima latenza, di grandi quantità di dati con la comunità scientifica globale. Il collegamento in fibra ultraveloce del sito di Sos Enattos, candidato a ospitare l’Einstein Telescope, è essenziale per l’esperimento.

Quali sono altre novità?

Un’innovazione introdotta da TeRABIT è l’HPC distribuito, che vuole avvicinare fisicamente la potenza di calcolo HPC ai ricercatori, consentendo loro di sfruttare velocemente queste risorse. Prima per avere potenza di calcolo HPC era necessario operare in grandi data centre dedicati in grado di ospitare i supercalcolatori ad alte prestazioni.Oggi, HPC non è più solo il calcolo parallelo classico ma sfrutta anche risorse hardware diverse (come le GPU), adatte a strumenti innovativi di analisi dati, quali machine learning ed è simile a ciò che possiamo usare sulle nostre scrivanie. La sfida quindi è offrire l’HPC modulare e sempre più vicino al ricercatore.

Come potranno essere usate queste risorse da chi fa ricerca?

Offriremo un percorso agli utenti per scegliere, in base al tipo di analisi ed alle necessità, quale tipo di sistema di calcolo usare. Da quello più piccolo e di più rapido sviluppo situato in prossimità del proprio laboratorio fino alla grande farm di calcolo connessa in rete ad alta capacità.

TeRABIT è una combinazione di hardware, software, ma anche di competenze professionali. Quale tra questi è l’aspetto predominante?

L’integrazione tra queste componenti è essenziale e a mio avviso la sfida principale è quella umana ed è legata allo sviluppo costante delle competenze. Il campo dell’analisi dati ad alte prestazioni e dell’addestramento di modelli di “intelligenza artificiale” è in rapidissimo sviluppo e richiede costantemente profili aggiornati e di alto livello.

TeRABIT dedica una specifica attenzione alla formazione dei ricercatori e di chi gestisce l’infrastruttura attraverso il finanziamento di borse di dottorato e l’inserimento di personale con contratti a tempo determinato. TeRABIT ha anche altre sfide: la richiesta di realizzazione a tappe forzate dai progetti del PNRR rappresenta un carico pesante e complesso per il sistema amministrativo degli enti, che stiamo affrontando con il coordinamento costante tra i diversi partner.

Quali sono i tempi per realizzare l’infrastruttura di rete e cosa è stato fatto finora?

I tempi, dettati dalle regole di rendicontazione del PNRR, sono molto stringenti. Il Piano richiede l’aggiudicazione di tutte le gare entro la fine 2023 e il termine di tutte le operazioni del progetto antro il 2025. Abbiamo già pubblicato 5 dei 6 bandi di gara previsti e siamo fiduciosi di poter rispettare i tempi. Questa velocità è possibile perché la progettazione degli sviluppi delle infrastrutture erano in preparazione già da alcuni anni.

Le gare indette da GARR sono relative alla fornitura di fibra, spettro ottico e apparati trasmissivi di linea, all’acquisto di apparecchiature per illuminare la rete ottica e alla fornitura di apparati di routing per la rete a pacchetto e sono collegate allo sviluppo della rete GARR-T a livello nazionale. I tempi previsti per l’entrata in funzione delle estensioni di rete GARR-T sono di circa 18 mesi dalla data di aggiudicazione delle procedure di gara.

In che modo TeRABIT contribuirà a rafforzare la posizione dell’Italia in ambito ICT?

Questa iniziativa è una testimonianza del continuo impegno nell’innovazione tecnologica e nella ricerca scientifica. TeRABIT non agisce da solo ma è perfettamente complementare alle azioni che i partner stanno conducendo per proprio conto e all’interno di un’altra importante iniziativa finanziata con il PNRR ovvero ICSC, il Centro nazionale di ricerca in HPC, Big Data e Quantum Computing.

Con le azioni già messe in campo con GARR-T, oggi la rete GARR è al massimo livello in Europa con capacità analoghe a quelle che troviamo nella dorsale europea GÉANT. PRACE-Italy è sin dalla sua creazione parte del progetto PRACE ed è stato preparatore per l’iniziativa EuroHPC. Di entrambi i progetti l’Italia ospita due nodi principali e offre ai propri ricercatori prestazioni a livello mondiale.

TeRABIT assicura ai nostri ricercatori un accesso veloce alle risorse di punta e una connessione con il resto del mondo così che possano collaborare e competere alla pari. Con gli investimenti mirati nelle regioni del sud Italia, si ridurrà significativamente la difficoltà della ricerca ad accedere a servizi e risorse di qualità e di mantenere sul territorio i talenti umani.