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Calcolo parallelo e innovazione Ecco le possibilità di sviluppo per nuove aziende e per nuovi businiss

di Emanuele Panizzi

In questo momento in cui il dibattito sulla funzione dell’industria italiana nel campo dell’informatica è particolarmente acceso, lo Sportello Imprese dell’Università dell’Aquila ha chiesto al prof. Emanuele Panizzi l’intervento che proponiamo di seguito, nella convinzione – quasi certezza – che L’Aquila, con le sue strutture scientifiche e tecnologiche, possa svolgere un ruolo importante sia nel software che nell’hardware nonché far nascere delle nuove iniziative industriali nel settore.

 

Nel momento in cui la concorrenza di paesi emergenti diventa sempre più forte nei settori dell’ingegneria elettronica e dell’informatica, assume crescente importanza la capacità di investire in tecnologie avanzate, in innovazione e in ricerca.

Da alcuni mesi questi temi sono trattati quasi quotidianamente sui mezzi di informazione: si tratta quindi di passare ai fatti, lanciando progetti più ambiziosi dal punto di vista delle conoscenze e tecnologie impiegate e da sviluppare e che stimolino una crescita culturale tecnico-scientifica in settori strategici.

Uno degli obiettivi di Lisbona (2000) è quello di diventare “the most competitive and dynamic knowledge-based economy in the world […]”. Per fare ciò si ritiene importante l’investimento in ICT e in innovazione, evidenziando il fatto che i paesi membri che investono di più in tale direzione stanno registrando livelli di produttività crescente, competitiva con quella degli Stati Uniti.

Molti attribuiscono la scarsità di investimenti in ricerca e innovazione alla ragione che l’industria italiana sia costituita principalmente da piccole imprese. Tenendo presente che non è possibile generalizzare, e che esistono anche molte esperienze positive di innovazione e ricerca industriale, va evidenziato che le piccole e medie imprese possono aumentare le loro capacità di ricerca avvalendosi di partnership con Enti di ricerca e Università che possiedono personale con eccellenti competenze nonché abituato a relazioni internazionali, oltre che apparecchiature che non sarebbero alla portata delle PMI.

 

Un settore che sta registrando un rapido sviluppo e che promette ottime potenzialità applicative è quello del calcolo parallelo e distribuito. Diversi fattori contribuiscono a tale sviluppo: l’evoluzione dei processori, l’evoluzione delle reti, la maggiore sensibilità a temi che richiedono la soluzione di problemi computazionalmente intensivi.

 

Il concetto di parallelismo – cioè di calcolo effettuato contemporaneamente da parte di più processori per aumentare le performance – è stato esteso anche all’architettura interna dei processori: i processori Very Long Instruction Word (VLIW), infatti, sono in grado di effettuare diverse operazioni aritmetiche contemporaneamente. Inoltre la capacità intrinseca di calcolo parallelo dei processori VLIW è ulteriormente incrementata per la presenza di diverse unità funzionali adibite a compiti specifici. L’uso di processori VLIW, riservato inizialmente ai computer ad alte prestazioni, si sta estendendo ai computer convenzionali, ai sistemi embedded, e ai cosiddetti System-On-Chip, processori dedicati a specifici sistemi, allargando così il panorama delle possibili applicazioni anche per sistemi di piccole dimensioni.

 

Il secondo fattore chiave dello sviluppo del calcolo distribuito è la possibilità di comunicazione veloce tra processori per mezzo delle reti. Infatti, l’efficienza di un sistema di calcolo non dipende soltanto dalla potenza dei suoi processori, quanto dal bilanciamento tra tale potenza e la quantità di dati che possono essere forniti ai processori.

I decenni passati hanno visto forti limitazioni nelle applicazioni dei calcolatori paralleli, a causa di tale sbilanciamento, con performance reali ridotte anche di dieci volte rispetto a quelle teoriche poiché i processori non ricevevano in tempo i dati da elaborare.

Le tecnologie di rete permettono oggi di ridurre questo problema e permettono anche di creare architetture di comunicazione, estese a grandi quantità di processori, eterogenei e fisicamente più distanti tra loro, in grado di modificarsi automaticamente.

 

Infine, la possibilità di affrontare problemi complessi mediante il calcolo parallelo, ha stimolato l’applicazione di queste tecnologie non solo nel tradizionale settore della ricerca di base, ma anche in settori di ricerca applicata e in ambiti vicini alla vita dell’uomo: per citare alcuni esempi, lo studio del clima e del rischio ambientale, le scienze della vita, l’aerodinamica e la fluidodinamica, le simulazioni di combustione, resistenza e longevità dei nuovi materiali, le energie alternative, l’ottimizzazione dei processi industriali, la mobilità e la sicurezza nei trasporti.

 

Questo scenario offre quindi delle prospettive di sviluppo industriale e di start-up, sia nel settore del software e delle simulazioni, sia nell’hardware e nell’integrazione di sistemi, sia nei servizi, per realtà industriali di grandi e di piccole dimensioni. Ad esempio, un imprenditore che voglia investire nel settore del monitoraggio ambientale, potrebbe integrare reti di rilevamento a simulazioni al calcolatore parallalo per realizzare servizi di previsione ad alto contenuto tecnologico per Parchi, centri urbani o reti viarie.

 

La realtà aquilana, in particolare, offre un framework già rodato che permetterebbe ad aziende interessate di stringere accordi e di non dover partire da zero nell’intraprendere investimenti in ricerca in questo settore. 

Per citare solamente alcune delle esperienze e attività in corso, si consideri ad esempio la presenza dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, impegnato da anni in uno dei più ambiziosi progetti internazionali di calcolo parallelo, che ha annunciato a gennaio il rilascio dell’ultima generazione di calcolatori, apeNEXT, capaci di una potenza di calcolo di 12 teraflops (12 mila miliardi di operazioni al secondo).

Un’altra importante realtà è il Consorzio delle Ricerche del Gran Sasso, dotato di diversi calcolatori paralleli, che fornisce competenze e strumenti di calcolo di elevato livello tecnologico e di elevate prestazioni difficilmente acquisibili da un singolo gruppo di ricerca o da un’azienda, per attività di ricerca di punta di base o applicata.

L’Università dell’Aquila, inoltre, ha in corso diverse attività relative alle applicazioni del calcolo parallelo (si pensi al centro di eccellenza CETEMPS, in cui si effettuano ricerche sul clima e sull’inquinamento atmosferico), alle reti di sensori per monitoraggio ambientale, ai System-On-Chip e ai sistemi mobili di calcolo distribuito e comunicazione wireless per l’ausilio alla guida di autoveicoli (nel centro di eccellenza DEWS).

A completare questo panorama si considerino ad esempio le realtà industriali dell’Aquila o di Carsoli e le possibilità di aumentarne la competitività mediante investimenti in ricerca e in servizi ad alto livello tecnologico quali quelli citati. 

Emanuele Panizzi

Università di Roma La Sapienza

 

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Il processore VLIW di apeNEXT

 

 

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Sistema distribuito, wireless, per l’ausilio alla guida di autoveicoli in caso di traffico o scarsa visibilità, Università dell’Aquila – DEWS

 

Emanuele Panizzi, 38 anni, Ingegnere Elettronico, è docente presso il Dipartimento di Informatica dell’Università di Roma La Sapienza. Ha svolto ricerche nel settore delle architetture e del software per il calcolo parallelo per più di 10 anni, prima con ruoli di responsabilità nell’ambito del progetto APE dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, poi come ricercatore del Dipartimento di Ingegneria Elettrica dell’Università dell’Aquila. Attualmente si occupa di interazione uomo-computer svolgendo ricerche sulle interfacce e sull’ingegneria dell’usabilità.

 

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