IBM - nuovi record per Blue Gene

Il Dipartimento dell’Energia del National Nuclear Security Administration (NNSA) e IBM hanno annunciato che BlueGene/L (BG/L), il supercomputer più veloce del mondo, ha raggiunto un nuovo traguardo.  Questo record mondiale per un’applicazione scientifica è stato raggiunto con una prestazione prolungata dei 207,3 trilioni di operazioni in virgola mobile al secondo (teraFLOPS) sul codice informatico “Qbox” per condurre simulazioni di ricerca di notevole importanza per la sicurezza nazionale.

Blue Gene/L è il supercomputer IBM che si trova presso il Lawrence Livermore National Laboratory della NNSA, il supercomputer più veloce del mondo da Top500 (www.top500.org), che  viene utilizzato per condurre simulazioni relative alla scienza dei materiali per il programma Advanced Simulation and computing (ASC) della NNSA. Le capacità di simulazione informatica sviluppate dal programma ASC consentono una gestione più precisa e più sicura delle armi nucleari della NNSA.

“È un importante passo avanti per la  simulazione di armi nucleari predittive, che sono di vitale importanza per garantire la sicurezza e l’affidabilità dell’arsenale.  Questi risultati confermano inoltre che l’architettura di BlueGene/L è scalabile con le applicazioni reali. Le performance del codice Qbox sono state rese possibili grazie alla partnership con gli ingegneri della  IBM, che hanno  contribuito all’ottimizzazione delle performance del codice sui processori 131,072 del supercomputer BG/L”, ha affermato Dimitri Kusnezov, capo del programma ASC del NNSA.

Il miglioramento delle prestazioni è dovuto in larga misura alle nuove librerie matematiche sviluppate dai ricercatori software di IBM che sfruttano al massimo l’architettura dual-core del supercomputer.

“Risultati di questa portata e importanza non possono essere ottenuti semplicemente da una singola persona o da un singolo gruppo”, ha affermato David Turek, vice president di Deep Computing presso IBM. “Solo attraverso un’innovazione collaborativa al pari di quella realizzata attraverso la nostra partnership con la National Nuclear Security Administration e il Lawrence Livermore National Laboratory è possibile superare gli attuali confini dell’informatica rispetto alla posizione che detengono oggi. Continueremo a lavorare insieme  per anticipare la nostra missione condivisa come non è mai stato possibile prima”.

Qbox è un codice di dinamica molecolare ab - initio (FPMD) ideato per prevedere le proprietà dei metalli in condizioni di temperatura e di pressione estreme – un obiettivo di antica data per i ricercatori che si occupano di scienza dei materiali e di fisica delle alte energie e densità. I codici FPMD vengono utilizzati per simulazioni complesse a livello atomico in varie aree scientifiche, tra le quali figurano la metallurgia, la fisica dello stato solido, la chimica, la biologia e la nanotecnologia.

La “Q” in Qbox indica il “quanto”, un riferimento alle descrizioni del quanto-meccanico degli elettroni che rappresentano il centro di interesse principale di questo codice di simulazione.  L’abilità di plasmare accuratamente le modifiche alla struttura elettronica degli atomi distingue i codici FPMD dai classici codici molecolari dinamici.

L’esecuzione del codice tridimensionale, studiando il modo in cui gli atomi di molibdeno (un metallo di transizione) si comportano sotto pressione, rappresenta solo una delle poche simulazioni di “scienza predittiva” che arrivano a raggiungere i 1000 atomi di molibdeno. Mentre i consueti calcoli di dinamica molecolare vengono generalmente eseguiti con miliardi di atomi perché le interazioni tra gli atomi sono relativamente facili da calcolare, le esecuzioni dei quanto consueti, molto complessi e precisi, sono stati finora limitati a circa 50 atomi.
È la differenza tra 50 e 1000 che consente di esplorare nuove classi di sistemi chimici utilizzando metodi di principi primi comprendenti ambienti eterogenei (tenendo conto delle interazioni tra molecole diverse) e la chimica estrema (compresi gli urti).  Questo passo è importante per il programma di monitoraggio dell’arsenale nucleare della NNSA e ha inoltre implicazioni importanti per i sistemi biologici, tra i quali lo studio delle proteine.

Le simulazioni predittive consentono ai ricercatori di comprendere la complessità del comportamento dei sistemi fisici, chimici e biologici nel corso del tempo, dove, in precedenza, era solo possibile ottenere foto ridotte in scala più piccola.  La capacità di poter ricorrere alla scienza predittiva è importante per la missione di sicurezza nazionale del NNSA, dato che i suoi ricercatori cercano di comprendere in quale modo i materiali, all’interno delle armi nucleari, invecchiano e, in particolare, per quelle testate che hanno superato il periodo di vita designato. Le performance del codice Qbox, ideato in modo particolare per l’esecuzione su piattaforme di larga scala come il BG/L, ha implicazioni per una comunità di ricercatori più vasta e, probabilmente, consentirà lo sviluppo di nuovi materiali di interesse per molti settori.

“L’unione di questo codice con questo computer, entrambi risultato  di una partnership tra ASC e IBM, ha implicazioni per un’ampia comunità di ricerca che vanno ben oltre la missione della scienza delle riserve di NNSA.  Tali vantaggi derivati, spesso accompagnano sforzi programmatici mirati volti alla promozione della tecnologia. Si è trattato certamente di una realtà per la NASA negli anni del viaggio sulla luna ed è una realtà oggi”, ha affermato Kusnezov.  “Il lavoro di un’architettura disruptiva per l’ASC porta a computer a basso costo, ma estremamente utili a vantaggio della nazione ben oltre la sicurezza nazionale”.