Tre reti al servizio della Terra

GARR, la rete svizzera SWITCH e la rete europea GÉANT insieme per una super connessione multi-dominio tra Bologna e Lugano

Le Scienze della Terra e lo studio del cambiamento climatico richiedono una notevole potenza computazionale e reti all’avanguardia.

Un esempio è la connessione end-to-end a banda ultralarga tra il Centro Svizzero di Supercalcolo (CSCS) a Lugano, che ospita il modello di previsione meteorologica di MeteoSwiss, e il Centro Europeo per le Previsioni Meteorologiche a Medio Termine (ECMWF) a Bologna. Questo collegamento attraversa ben tre domini differenti: le due reti nazionali di ricerca (GARR in Italia e SWITCH in Svizzera) e la rete paneuropea GÉANT che le interconnette.

Questo progetto fa parte dell’iniziativa SwissTwins, una collaborazione internazionale per facilitare, tra le altre cose, l’accesso ai prodotti di previsione e all’archivio meteorologico di ECMWF per addestrare modelli di Intelligenza Artificiale (AI) e Machine Learning (ML) che operano sul sistema HPC Alps. Il centro meteo europeo, infatti, dispone di uno dei più grandi archivi meteorologici al mondo e fornisce anche altri dataset, come le analisi meteorologiche retrospettive, che sono ampiamente utilizzate per l’addestramento di modelli. Questi modelli hanno mostrato un grande potenziale nelle previsioni delle condizioni atmosferiche e dei modelli meteorologici, e vi è molta attività di ricerca che mira ad applicare questi metodi anche agli scenari climatici.

Nell’ambito di questo progetto, sarà realizzato un Data Hypercube, un cluster d’archiviazione e di elaborazione dati ad alte prestazioni, al centro di Bologna, che sarà collegato all’infrastruttura del data centre Alps del CSCS a Lugano. Questo cluster supporterà l’accesso ai dati con bassa latenza e l’estrazione di specifici dataset per addestrare i modelli AI e ML a beneficio della comunità scientifica svizzera e internazionale della previsione numerica del meteo e del clima.

Come menzionato dal Dr. Oliver Fuhrer, capo del dipartimento di previsione numerica di MeteoSwiss: “Collegare le capacità dell’AI e del ML dell’infrastruttura Alps con l’archivio dati unico di ECMWF a Bologna aprirà opportunità di ricerca che nessuno finora avrebbe mai pensato possibili”.

L’infrastruttura end-to-end a banda ultralarga consentirà il trasferimento massiccio di dati dagli archivi meteorologici ECMWF alle strutture di supercalcolo del CSCS. Nella sua fase pilota, l’iniziativa mira a dimostrare la possibilità di trasferire l’intero dataset di previsione in meno di un’ora tra ECMWF e CSCS. Nelle fasi successive, più modelli AI/ML nel dominio meteorologico e climatico utilizzeranno contemporaneamente i dati dal Data Hypercube, aumentandone così la capacità totale.

Grazie alla collaborazione tra GARR, SWITCH e GÉANT, i due centri sono ora interconnessi da un collegamento dedicato, all’avanguardia e banda ultralarga, che attraversa senza soluzione di continuità i tre domini di rete. Ma c’è di più. Nella progettazione di questo collegamento, i requisiti includevano non solo una capacità estremamente elevata e scalabilità, ma anche una notevole resilienza, affidabilità, sicurezza e accesso diretto degli utenti all’infrastruttura ottica.

Abbiamo intervistato Ahmed Benallegue (network and security team leader di ECMWF), Sabrina Tomassini e Alessandro Inzerilli (di GARR, rispettivamente coordinatrice dipartimento network e referente tecnico per l’accesso alla rete GÉANT) per spiegare quali soluzioni tecnologiche sono state adottate per soddisfare questi requisiti.

Un servizio multidominio dedicato

La connessione comprende due percorsi dedicati e diversificati da 100 Gbps, gestiti indipendentemente dai tre operatori. Per garantire la sicurezza e l’affidabilità del servizio, sono state messe in campo nuove risorse. A Bologna, presso il sito ECMWF, la rete regionale Lepida, partner locale di GARR in Emilia-Romagna, ha installato due nuovi collegamenti in fibra per accedere alla dorsale. Da lì, i due percorsi ottici sono stati configurati per raggiungere i PoP (Punti di Presenza) di GARR a Milano, dove la rete italiana si collega alla rete GÉANT. Da qui, la rete europea della ricerca trasporta il traffico fino al suo PoP al CERN di Ginevra. Da Ginevra, SWITCH prende in carico il collegamento e consegna i dati alla destinazione finale presso il CSCS a Lugano.

Le soluzioni tecniche adottate per la realizzazione del servizio differiscono tra le reti: GARR e GÉANT hanno scelto di implementare il servizio nel dominio ottico, mentre SWITCH utilizza un servizio Ethernet-over-MPLS di livello 2.

“Questo tipo di servizio richiede un alto livello di collaborazione e fiducia tra gli operatori e non sarebbe possibile al di fuori dell’ecosistema delle reti di ricerca”, ha commentato Sabrina Tomassini. Quando si tratta di implementazione, gestione e monitoraggio, ogni rete è responsabile del proprio dominio, richiedendo quindi un elevato livello di comunicazione. Le Reti Nazionali di Ricerca e Istruzione (NREN) offrono servizi multi-dominio, superando i loro confini per armonizzare i servizi tra le reti. Questa capacità è unica delle reti della ricerca, poiché gli operatori commerciali sono limitati ai propri domini di competenza.

Una connessione sicura e resiliente

Per garantire un alto livello di sicurezza e resilienza, è stata condotta un’analisi tecnica approfondita e sono stati utilizzati percorsi diversificati e protetti per individuare e affrontare eventuali guasti, assicurando così la massima resilienza del servizio.

A Bologna come a Lugano

“Questo servizio è uno dei primi a sfruttare le capacità della nuova rete di prossima generazione GARR-T per l’accesso all’infrastruttura ottica,” ha dichiarato Sabrina Tomassini. “Il vantaggio è che l’intera capacità del canale da 100 Gbps è completamente dedicata all’utente, senza multiplazione statistica”.

“Inoltre, una peculiarità di questa interconnessione è che i siti sono collegati a livello 2. Ciò consente al CSCS di avere piena visibilità delle macchine del Data Hypercube situate presso ECMWF, come se fossero collocate nella sua rete locale a Lugano. Anche questa è una caratteristica abilitata dalla nuova rete GARR-T,” spiega Alessandro Inzerilli.

Guardando al futuro...

Il progetto, attualmente pianificato per due anni, funge da pilota. Se avrà successo, potrebbe portare ad ulteriori sviluppi, tra cui la possibilità di aumentare la capacità a 400 Gbps in futuro. “Uno dei vantaggi del collegamento ottico con GARR è che qualsiasi potenziale aggiornamento a 400 Gbps potrebbe essere realizzato in modo relativamente rapido e con uno sforzo tecnico minimo da parte di ECMWF”, ha commentato Ahmed Benallegue.

Questa connessione ad alte prestazioni apre nuove prospettive per la ricerca in meteorologia e nel calcolo scientifico, facilitando una più stretta interazione tra ECMWF e la comunità svizzera di previsione numerica del meteo e del clima. Grazie alla condivisione di grandi volumi di dati, resa possibile da questo nuovo collegamento si potrà dare nuovo impulso alla ricerca nella modellazione climatica e delle previsioni meteo.