Il Pittsburgh Supercomputing Center rende più democratico l’HPC as-a-service

L’high performance computing (HPC) può essere uno strumento potente per gestire le innovazioni necessarie per curare le malattie, proteggere l’ambiente e approfondire la nostra comprensione dell’universo. Ma per aumentare al massimo l’impatto, l’HPC deve essere accessibile a ricercatori e scienziati. Per questo il Pittsburgh Supercomputing Center ha sfruttato la tecnologia HPE per realizzare Bridges, un supercomputer facile da utilizzare come un portatile.

Logo di Pittsburgh Supercomputing Center

Puntare di più sull’intelligenza artificiale

Fino ad ora l’intelligenza artificiale è stata limitata dalle enormi quantità di dati e dalla potenza di elaborazione necessarie per eseguire gli algoritmi. Il supercomputer Bridges del Pittsburgh Supercomputing Center porta i progressi necessari ai ricercatori per affrontare i problemi più importanti del mondo reale.

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Il programma di intelligenza artificiale (IA), scritto dai ricercatori della Carnegie Mellon University (CMU), ha calcolato una strategia. Ogni sera del torneo, durato 20 giorni, Libratus ha analizzato le partite della giornata per poter adattare i miglioramenti delle strategie degli esseri umani. Questa intelligenza artificiale ha ora superato i migliori giocatori di poker umani. Nonostante il richiamo delle promesse dell’intelligenza artificiale si sia fatto sentire già dagli anni Sessanta, negli ultimi anni sono stati fatti enormi progressi nel settore, favoriti da nuovi algoritmi di IA.

Dietro a Libratus c’è Bridges, un nuovo tipo di supercomputer. Finanziato dalla National Science Foundation (NSF), Bridges è stato progettato dal Pittsburgh Supercomputing Center (PSC) per far convergere l’IA, l’HPC e i Big Data e mettere questi progressi a disposizione di tutti i ricercatori a livello nazionale. Bridges non è solo estremamente potente, ma è anche progettato per l’accessibilità tramite interfacce software che non richiedono capacità di programmazione specializzate. Il PSC mette Bridges a disposizione gratuitamente per ricerche in campi molto diversi, dalla genomica alle scienze sociali e, previo accordo, all’industria.

La posta in gioco è alta. Nonostante il poker Texas Hold’em di tipo “heads-up no-limit” sia diventato il benchmark più importante per valutare il progresso degli algoritmi nel ragionamento strategico in situazioni di informazioni imperfette, gli algoritmi utilizzati sono indipendenti dall’applicazione e si applicano a una serie di importanti contesti che prevedono questo tipo di ragionamento. Questo significa reali opportunità per le persone e il pianeta. Bridges rende democratico il supercomputing per la sua disponibilità e facilità d’uso. Vengono scelte solo le proposte più solide, attraverso un processo di peer review altamente selettivo. I ricercatori utilizzano Bridges per studiare come rendere la rete elettrica più efficiente, come le specie reagiscono ai cambiamenti ambientali, le cause delle malattie polmonari e molti altri problemi ad alto impatto che un tempo erano troppo complessi per essere risolti.

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Il computer batte i 4 migliori giocatori di poker

17,2 milioni di dollari

La National Science Foundation finanzia Bridges
  • "Il progetto che si è occupato del poker ha studiato il ragionamento strategico in situazioni di informazioni imperfette. Tra le applicazioni del mondo reale figurano la negoziazione, l’ottimizzazione della strategia commerciale, la politica strategica dei prezzi, la sicurezza informatica e la pianificazione delle cure mediche: come fare per spingere i linfociti T a combattere il cancro?"

    Prof. Tuomas Sandholm, Fondatore e Direttore, Electronic Marketplaces Laboratory, Carnegie Mellon University e Fondatore e CEO, Strategic Machine, Inc

Il supercomputing risolve i grandi problemi

Il Pittsburgh Supercomputing Center consente ai ricercatori di accedere al supercomputer per risolvere i problemi scientifici e tecnologici più difficili, quali il trattamento di malattie complesse e la protezione dell’ambiente.

Immagine astratta che rappresenta problemi matematici complessi

Il PSC offre a università, pubbliche amministrazioni e ricercatori industriali a livello nazionale l’accesso a sistemi potenti e diversamente troppo costosi per l’HPC, l’analisi e la gestione dei dati e le comunicazioni.

Il PSC consente ai ricercatori di risolvere i problemi scientifici e tecnologici più difficili, tra cui la cura di malattie complesse, la protezione dell’ambiente e altre problematiche critiche che l’umanità deve affrontare.

Il centro è un partner di rilievo dell’Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE), il programma di infrastruttura informatica della National Science Foundation. Il PSC è una collaborazione tra la Carnegie Mellon University e la University of Pittsburgh, con il supporto di agenzie federali, del Commonwealth of Pennsylvania e del settore privato.

1986

Anno di fondazione

6.600

Scienziati e ingegneri principali assistiti

10.824

Finanziamenti per la ricerca
  • "I nostri utenti stanno risolvendo problemi importanti: malattie, terremoti, problematiche di carattere economico, sicurezza. Tutto questo avviene sui sistemi HPC/HPDA convergenti del PSC, che sono realizzati appositamente per le applicazioni del presente e del futuro".

    Nick Nystrom, Interim Director, Pittsburgh Supercomputing Center

Portare il supercomputing avanzato a chi non è esperto di programmazione

Il PSC voleva rendere le risorse HPC accessibili a un’utenza più vasta della comunità di ricercatori. Questo significava realizzare un supercomputer destinato a un pubblico esperto nella scienza e nella ricerca ma nella programmazione.

Immagine astratta che rappresenta la complessità di calcolo

Rilevare gli attacchi informatici. Curare il tumore al seno. Prevedere forti temporali. Il filo conduttore di queste difficili problematiche è la loro complessità di calcolo. Nessun computer normale è in grado di elaborare calcoli su scala sufficientemente vasta da aiutare i ricercatori a comprendere questi fenomeni. E l’alternativa, la classe di sistemi a potenza elevata noti come supercomputer, tende a essere costosa e complessa da realizzare e gestire.

È a questo punto che entra in scena il PSC. Supportato dalla National Science Foundation e da altri finanziamenti, il PSC fornisce risorse HPC gratis a ricercatori che effettuano studi in campi molto diversi tra loro, dalle neuroscienze, alle cause dei tumori, fino alla meteorologia e all’economia nazionale.

La tradizionale base di utenti del PSC includeva ingegneri, chimici e fisici, figure che generalmente portavano all’HPC una serie di competenze specialistiche. Ora il PSC porta le sue risorse a ricercatori esperti nel proprio campo ma che potrebbero non aver mai programmato un computer. Per tentare di raggiungere queste nuove comunità, il PSC eroga la propria potenza HPC tramite le tipologie di interfacce software che i ricercatori sono abituati a utilizzare sui loro PC portatili.

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Addebito per l’utilizzo di risorse PSC per la ricerca pubblica

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Programmazione informatica necessaria per utilizzare HPC
  • "Volevamo portare l’HPC a utenti che non l’avevano mai usato prima. Ora chiunque può avere accesso a grandi origini dati, quali i database per la genomica e i dati dei social media. Il supercomputing di facile utilizzo consente ai ricercatori di sfruttare questi dati per risolvere problemi complessi".

    Nick Nystrom, Pittsburgh Supercomputing Center

L’HPC as-a-service

Nel creare Bridges, il PSC ha unito livelli straordinari di storage, memoria e potenza di elaborazione del supercomputing, per poi renderli disponibili attraverso interfacce desktop già note alla maggior parte dei ricercatori.

Pianificando il suo nuovo supercomputer che ha chiamato Bridges, il PSC doveva affrontare due tipi di problematiche tecniche.

Una problematica riguardava la combinazione di livelli rivoluzionari di storage, memoria e potenza di elaborazione richiesti dal supercomputing. Bridges necessita di una grande quantità di memoria, ad esempio per accelerare l’assemblaggio di sequenze genomiche di grandi dimensioni da piccoli frammenti di DNA da giorni a ore. Deve eseguire calcoli rapidi di problemi ripartiti in piccole componenti, come il calcolo del consumo energetico di centinaia di edifici per molti cicli temporali. Necessita di capacità di IA, come quelle utilizzate da Libratus per giocare a poker, applicate a problemi di biologia, chimica e scienza dei materiali.

L’altra problematica consisteva nel rendere disponibile tutto questo tramite applicazioni, linguaggi e paradigmi già noti ai ricercatori, tra cui strumenti software quali Python, R, MATLAB e gateway basati su browser usati da decine di migliaia di ricercatori. Questo accesso senza ostacoli consente ai ricercatori di aumentare i loro progetti correnti senza dover apprendere competenze specialistiche sull’HPC.

Una potenza senza precedenti con la comodità del desktop: PSC crea l’HPC as-a.service.

1,35

Velocità di calcolo in petaflop

10 PB

di storage persistente che supporta la gestione dei dati avanzata e le raccolte di dati della comunità

96

GPU di fascia alta
  • "Il nostro obiettivo era di unire elevate quantità di memoria, GPU e nodi, per consentire ai ricercatori di eseguire analisi in altro modo impossibili. Volevamo inoltre offrire l’accesso tramite browser web, per evitare problemi di programmazione".

    Nick Nystrom, Interim Director, Pittsburgh Supercomputing Center

La potenza del supercomputing con la semplicità di un portatile

Bridges è una risorsa dalle capacità straordinarie, di facile utilizzo che supporta comunità diverse unendo l’HPC e i Big Data.

Immagine astratta che rappresenta il supercomputer Bridges

Bridges, il più importante sistema HPC del PSC esegue applicazioni che accelerano la scoperta nei settori della fisica, della biologia, dell’economia, del business, della politica e persino delle scienze umane.

Bridges è una risorsa petascale dalle capacità straordinarie in grado di supportare comunità diverse unendo l’HPC, l’IA e i Big Data. Il suo set di nodi e sistemi di storage attivi ampiamente connessi offre una flessibilità eccezionale per l’analisi dei dati, la simulazione, i flussi di lavoro e i gateway, sfruttando interattività, elaborazione parallela, il motore di elaborazione Spark e il framework di programmazione Hadoop. Le unità di elaborazione grafica (GPU) NVIDIA consentono il deep learning e accelerano le simulazioni. Bridges è un sistema eterogeneo: il software scritto da PSC e la nuova architettura OmniPath di Intel consentono agli scienziati di applicare diversi componenti del supercomputer a diverse parti dei loro problemi di calcolo, riuscendo così a riutilizzare in modo produttivo le applicazioni esistenti e accelerando i risultati.

Bridges è stato progettato per supportare ambienti e software pratici e noti non solo agli utenti HPC tradizionali. In questo modo l’uso del supercomputing è tanto facile quanto usare un laptop.

Circa 400

Ricercatori che attualmente utilizzano Bridges

153

Centri di trapianto USA che ottimizzano lo scambio delle donazioni di rene
  • "Lavorando con HPE Pointnext, abbiamo identificato le giuste soluzioni server Hewlett Packard Enterprise, abbinate all’architettura Omni-Path, necessarie per trasformare la nostra vision di Bridges in realtà.".

    Nick Nystrom, Interim Director, Pittsburgh Supercomputing Center

Il vincitore del jackpot: tutti noi

Progetti diversificati portano a nuove importanti scoperte.

Dal 1986, più di 36.000 utenti, 6.800 singoli scienziati e ingegneri principali e più di 11.000 sovvenzioni distinte per 1.525 affiliazioni e centri di ricerca in 53 stati e territori hanno utilizzato le risorse di elaborazione del PSC. Di generazione in generazione, è stata un’evoluzione di maggiore memoria ed elaborazione più rapida per migliorare lo storage dati e l’accessibilità. Bridges, il meglio in assoluto.

Quattro volte all’anno, i ricercatori possono presentare domanda per utilizzare Bridges. Questo ha consentito il lancio di diversi progetti. Un team sta analizzando i fattori che determinano tumori, malattie polmonari e funzioni cerebrali avvalendosi della genomica, dell’imaging e di altri Big Data. Un altro team sta analizzando migliaia di documenti storici alla ricerca di informazioni relative alla storia e alle esperienze di vita delle donne di colore negli Stati Uniti a partire dal 1700. E un altro team ancora sta studiando il comportamento dei neutrini per ottenere nuove informazioni sulle leggi fondamentali della fisica e l’origine dell’universo.

Non si tratta di poker, ma di vita. Il vincitore del montepremi è il genere umano.

  • "Collaboriamo con ricercatori in facoltà di filosofia, inglese, scienze politiche, economia e business e tutti contribuiscono in modi totalmente nuovi, alla risoluzione di problemi che incidono sulle nostre vite".

    Nick Nystrom, Interim Director, Pittsburgh Supercomputing Center

Esempio di soluzione

Una nuova era di supercomputing avanzato

Progettato e realizzato dal PSC, inserito in rack e testato in base alle specifiche del PCS da HPE Pointnext, Bridges sfrutta tecnologie avanzate di HPE, Intel e NVIDIA per aprire le porte a una nuova era del supercomputing e affrontare alcune delle problematiche più complesse.