GRISU’Laboratorio Pubblico-Privato

interregionale

STUDIO DI FATTIBILITA’ALLEGATO XX: Sviluppo di servizi con Tecnologie Abilitanti per il Progetto Bandiera SuperB e per la

Competitività delle Imprese.

(draft)

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Sommario1 SINTESI DELLA PROPOSTA.........................................................................................................................4

1.1 Parole chiave....................................................................................................................................4

1.2 Genesi dell’idea................................................................................................................................4

1.3 Obiettivi generali..............................................................................................................................4

2 QUADRO GENERALE.................................................................................................................................7

2.1 Condizioni e presupposti di base......................................................................................................7

2.1.1 Il progetto Bandiera SuperB......................................................................................................7

2.1.2 Il calcolo in SuperB....................................................................................................................7

2.2 Caratteristiche e peculiarità..............................................................................................................8

2.2.1 Le imprese del sud....................................................................................................................8

2.2.2 Infrastrutture............................................................................................................................8

2.2.3 Rete.........................................................................................................................................10

2.2.4 Capitale umano.......................................................................................................................10

2.2.5 Servizi ed attività....................................................................................................................10

2.3 Settori d’ambito..............................................................................................................................13

2.4 Proposta.........................................................................................................................................14

3 PREVISIONI D’IMPATTO..........................................................................................................................15

3.1 Strategie di sviluppo.......................................................................................................................15

3.2 Valorizzazione programmi di R&D..................................................................................................15

3.3 Internazionalizzazione....................................................................................................................16

3.4 Attrazione stockholder...................................................................................................................16

3.5 Generazione d’indotto....................................................................................................................16

4 AMBITO TECNOLOGICO..........................................................................................................................18

4.1 Tecnologie primarie........................................................................................................................18

4.2 Coerenza agende R&D....................................................................................................................19

4.3 Valorizzazione strutture..................................................................................................................20

4.4 Programmi di ricerca......................................................................................................................20

4.5 Formazione e trasferimento...........................................................................................................20

5 I SOGGETTI COINVOLTI...........................................................................................................................21

5.1 Il TEAM...........................................................................................................................................21

5.2 Ruoli chiave.....................................................................................................................................21

5.3 Ruolo delle PMI...............................................................................................................................21

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5.4 Legami con altre strutture..............................................................................................................21

6 SOSTENIBILITA’ A MEDIO LUNGO TERMINE...........................................................................................22

6.1 Fabbisogni da soddisfare................................................................................................................22

6.2 Risultati ottenibili............................................................................................................................22

6.3 Fabbisogni finanziari.......................................................................................................................22

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1 SINTESI DELLA PROPOSTA

1.1 Parole chiaveSuperB, Cloud Computing, Grid Computing, Elettronica, Virtualizzazione.

1.2 Genesi dell’ideaxxxxxxxxx

1.3 Obiettivi generaliIl progetto intende potenziare la competitività delle imprese locali, sviluppando servizi innovativi ad alto contenuto tecnologico secondo, i paradigmi del Cloud e Grid Computing e le risorse dell’e-infrastruttura multi-regionale GRISU’ a supporto del “Progetto Bandiera” del MIUR SuperB, una delle più grandi collaborazioni scientifiche che sta per nascere in Italia e che promette di concentrare l’attenzione e i finanziamenti del panorama scientifico nazionale ed internazionale nei prossimi anni.

Il contesto scientifico avrà il doppio ruolo di trasferire nelle aziende le tecnologie allo stato dell’arte, ed incubare una serie di servizi realmente competitivi, di cui Il progetto SuperB sarà il fruitore pilota.

Attraverso una stretta collaborazione tra comparto ricerca ed aziende, si intende individuare una serie di tematiche e tecnologie mature sviluppate in questi anni con successo nella rete GRISU’ e concretizzarle in servizi trasferibili completamente alle imprese per una gestione professionale. In questo modo si potranno sviluppare prodotti spendibili e competitivi su mercati nazionali ed internazionali puntando sull’economia della conoscenza.

Nella tabella seguente sono riassunti i Servizi/Prodotti innovativi che ci si aspetta di sviluppare a partire dai fabbisogni di SuperB, messi in relazione con i possibili mercati di riferimento dove le imprese potranno accrescere la loro competitività con un offerta allo stato dell’arte.

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Servizi /Prodotti Esigenze in SuperB Mercati di riferimento dove utilizzare le nuove competenze

Progettazione di componenti elettronici e di sensori per l’apparato sperimentale di SuperB

L’acceleratore SuperB ed il rivelatore si compone di una serie di sottosistemi che comprendono, sensori, sistemi di acquisizione,trigger e numerose componenti che devono essere realizzate ad hoc per la collaborazione.

Tipi di imprese: elettronica Mercati di riferimento: Aerospazio, Automotive, Difesa. Distretti tecnologici, RicercaLivello di competitività: Nazionale e internazionale

Realizzazione di e-infrastrutture di calcolo distribuito su network d’eccellenza, progettazione data center e soluzioni sistemistiche. Efficientamento energetico (GREEN Computing). Sistemi per l’Asset management.

L’analisi dati di SuperB è un tipico problema di high Throughput Computing, esso necessita disponibilità di strumenti di calcolo allo stato dell’arte per l’analisi dati e per la simulazione Montecarlo in tempi ragionevoli, ed utilizzabile da più laboratori distribuiti su scala geografica.

Tipi di imprese: system integrator Mercati di riferimento: Pubblica Amministrazione, Industrie competitive, Difesa, Banche, Comparto Ricerca.Livello di competitività: Nazionale e internazionale

Sviluppare servizi per il Data Management e trattamento professionale dei dati secondo i paradigmi dell’ alta affidabilità, site-indipendent access, interoperabilità e sicurezza.

A regime ci si attende che l’acceleratore SuperB produca circa 10TB di dati al giorno che devono essere acceduti da ricercatori ovunque distribuiti con sistemi hardware e software eterogenei.

Tipi di imprese: aziende fornitrici di servizi e di sviluppo softwareMercati di riferimento: Settore sanità, Pubblica Amministrazione, Protezione civile, Banche, Grandi imprese con sedi distribuite, Ricerca. Livello di competitività: Nazionale e internazionale

Sviluppo di un sistema integrato di monitoraggio per hardware e software con granularità fine al singolo servizio e con funzionalità avanzate di aggregazione, presentazione e profilatura utenti.

Sistemi di accounting e billing per il computing e per lo storage.

L’intero laboratorio SuperB si compone di una insieme di sottosistemi che vanno dall’acceleratore, dal rivelatore, sistemi di monitoraggio ambientale, facility di calcolo. Essi devono rispettare dei stringenti livelli qualità e disponibilità del servizio SLA(Service Level Agreement). Inoltre il monitoring serve a tenere sotto controllo alcuni sottosistemi cruciali e per tener traccia dell’utilizzo delle risorse tramite le attività di accounting.

Tipi di imprese: system-integrator, fornitori di servizi e aziende di sviluppo softwareMercati di riferimento:Telemedicina, Aziende ospedaliere settore sanità, Trasporti, Processi di produzione industriale, Protezione civile e tutti quei settori che necessitano una valutazione di SLA. , RicercaLivello di competitività: Regionale-Territoriale e Nazionale

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Realizzare di servizi Cloud per l’esecuzione di codici paralleli e per le simulazioni in collaborazione con gli acceleratoristi.Supporto ed ottimizzazione dei codici per architetture Multicore e GPU.

Il design iniziale e l’update del rivelatore, dell’acceleratore e di altri sottosistemi di SuperB richiedono una intensa fase di progettazione in Silico basata su codici HPC

Tipi di imprese: fornitori di servizi e aziende di sviluppo softwareMercati di riferimento: Biotecnologie con design in Silico, Aerospazio, Automotive, Difesa. Distretti tecnologici, RicercaLivello di competitività: Nazionale e internazionale

Servizi di Virtualizzazione avanzati, con migrazione trasparente di macchine virtuali e dei nuclei computazionali secondo i paradigmi del Cloud Computing.

SuperB si avvarrà delle tecnologie di virtualizzazione, per il consolidamento dei servizi di base e per le problematiche di interoperabilità, ivi compreso sperimentazione di servizi cloud.

Tipi di imprese: system-integrator, fornitori di servizi e aziende di sviluppo softwareMercati di riferimento: Processi di consolidamento aziendale in tutti i settori, dalle PMI, pubblica amministrazione, Industrie, Banche, Commerciali, RicercaLivello di competitività: Regionale -Territoriale Nazionale

Sistemi di Visualizzazione avanzati con tecnologie 3D

Rappresentazione dello stato del rivelatore e dell’acceleratore, Ricostruzione delle collisioni e delle tracce. Visualizzazione dinamica degli apparati

Tipi di imprese: system-integrator, fornitori di servizi e aziende di sviluppo softwareMercati di riferimento: Telemedicina, CAD as a Services, Progettazione, Automotive, Biotecnologie, RicercaLivello di competitività: Nazionale e Internaz.

Fornitura di servizi innovativi di livello rete, nuove opportunità offerte dal IPv6 (la nuova versione del protocollo IP)

Data la distribuzione geografica e la grande mole di dati in gioco, SuperB potrà utilizzare servizi avanzati di rete che coinvolgono bandwidth-reservation e Path logici dinamici con QoS (Qualità del Servizio) Garantito.

Tipi di imprese: system-integrator, fornitori di servizi e aziende di sviluppo software, telecomunicazioniMercati di riferimento: Telemedicina, Entertainment , RicercaLivello di competitività: Nazionale e internazionale

Nel laboratorio Pubblico Privato GRISU’ le imprese potranno contribuire attivamente allo sviluppo dell’infrastruttura di calcolo di SuperB e dei servizi necessari per la collaborazione scientifica, innestando un circuito virtuoso in cui progressi della ricerca di frontiera e competitività del territorio creano valore nelle regioni obiettivo.

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2 QUADRO GENERALE

2.1 Condizioni e presupposti di base

2.1.1 Il progetto Bandiera SuperB

Il progetto SuperB è una collaborazione internazionale che ha per scopo la costruzione di un nuovo acceleratore di particelle e di un complesso apparato sperimentale per studiare le particelle elementari che costituiscono la materia e le loro interazioni.

Il nuovo acceleratore sarà un collisionatore e+e- di tipo “asimmetrico”, perché i fasci di elettroni e positroni che collidono avranno energie diverse e sarà basato su idee sviluppate in Italia e sperimentate dalla divisione acceleratori dei Laboratori Nazionali di Frascati dell’INFN. Sfruttando nuove tecniche di produzione di fasci di particelle ultradensi insieme ad un inedita configurazione per la regione di interazione, l’acceleratore di SuperB moltiplicherà di 100 volte il numero di collisioni prodotte nella stessa unità di tempo, rispetto al limite attuale. In questo modo, sarà possibile studiare processi estremamente rari di decadimento di particelle già note ed evidenziare effetti non previsti dalle teorie attuali.

SuperB sarà così in grado di migliorare la conoscenza delle leggi fisiche che descrivono il comportamento della natura alle alte energie e fornire misure complementari a quelle che saranno fatte al CERN con LHC.

Il progetto SuperB, è stato promosso dell’INFN ed è diventato a partire dal 2010 uno dei “progetti bandiera” dell’Italia, con un finanziamento diretto del Ministero dell’Istruzione Università e Ricerca nell’ambito di un impegno pluriennale.

Il progetto attualmente vede la partecipazione di oltre 250 fisici e ingegneri di 9 nazioni impegnati nella progettazione e realizzazione dell’acceleratore, dell’apparato sperimentale e dei sistemi di acquisizione ed elaborazione dei dati prodotti dalle collisioni.

SuperB si propone tra le maggiori realtà scientifiche mondiali per lo studio della Fisica del Sapore e la ricerca di Nuova Fisica oltre il Modello Standard, con l’ambizioso obbiettivo di allargare gli attuali orizzonti scientifici e dare risposte a importanti questioni di fisica fondamentale, come il problema della mancanza di antimateria nell'universo attuale.

Numerose e prevedibili appaiono le ricadute in settori di interesse del paese, soprattutto nei confronti dell’ampliamento di orizzonti scientifici di base con particolari applicazioni riguardanti la rivelazione di particelle, le tecniche avanzate di simulazione di processi complessi, la metrologia nanometrica. La macchina sarà dotata di varie linee di luce di sincrotrone con brillanza da record in campo mondiale, utilizzabili anche nella scienza della materia e in applicazioni biotecnologiche.

Per tutti questi motivi, il progetto vede in Italia il coinvolgimento di Enti di Ricerca, dell’Università, dell’Istituto Italiano di Tecnologia, nonché di aziende di vari settori di attività, e di alcuni partner di GRISU’.

Il Sito web ufficiale dell’INFN per il progetto SuperB è http://web.infn.it/superb

2.1.2 Il calcolo in SuperB

L’esperimento SuperB darà vita ad un laboratorio Internazionale di eccellenza mondiale, qualificante per il nostro paese. L’intero programma scientifico richiede una collaborazione multidisciplinare con il coinvolgimento di Fisici, Ingegneri, esperti di acceleratori di particelle, ma altresì una serie di facility di supporto, in particolare l’infrastruttura di computing.

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Sia la fase di progettazione che l’effettiva attività scientifica dell’esperimento SuperB, richiedono una grossa capacità di calcolo e di storage dei dati, inizialmente per simulare, progettare e definire i parametri dell’apparato sperimentale, ed in seguito per immagazzinare tutte le informazioni relative agli eventi e per eseguire l’analisi fisica dei risultati prodotti dalle collisioni.

Il computing model, i requisiti e le necessità previste per il calcolo di SuperB, hanno come punto di partenza le esperienze di successo degli esperimenti BABAR negli Stati Uniti e Belle in Giappone, che hanno portato a termine il loro programma scientifico su delle flavor factory con parametro di luminosità pari a L = 1034

cm-2s-1. Il nuovo acceleratore dovrà lavorare 100 ordini di grandezza al di sopra, ad una luminosità di L = 1036cm-2s-1 , con un flusso di dati comparabile a quello prodotto dagli esperimenti ATLAS e CMS al CERN di Ginevra.

Ad oggi le stime simulate prevedono per ogni anno di attività alla luminosità nominale una richiesta di oltre 100 PB per il data storage ed un totale di 1700 KHep-Spec06 di potenza computazionale per svolgere tutte le attività di ricostruzione eventi, data skimming, simulazione e analisi fisica.

I progressi nel computer industry, la disponibilità di risorse tramite lo sviluppo delle GRID e i nuovi servizi Cloud, sono i presupposti che rendono approcciabile tale impresa. Tuttavia visti i numeri in gioco è richiesto necessariamente uno sforzo congiunto e coordinato di diversi attori della ricerca e del mondo delle imprese.

In queste attività la collaborazione GRISU’ è già pienamente inserita, molti dei suoi partner come le sezioni INFN del sud, le Università Federico II e l’università di Bari, hanno partecipato nella fase di proposta del progetto SuperB presso il MIUR, e per la scrittura del Technical Design Report in fase di completamento ed ampliamento. Attualmente sono impegnate nello studio di R&D per il computing model fornendo in best effort servizi per la simulazione del detector e dell’analisi dati.

La crescita della Griglia del Sud, della sua infrastruttura e dei servizi offerti, unito al coinvolgimento tra enti pubblici ed imprese, rappresenta oggi una opportunità unica e concreta per la crescita della competitività scientifica e tecnologica nel mezzogiorno e per creare un polo d’eccellenza sul computing a supporto di uno dei progetti bandiera del nostro paese.

2.2 Caratteristiche e peculiarità

2.2.1 Le imprese del sud

2.2.2 InfrastruttureL’aggregazione del Sud, con i fondi strutturali della passata programmazione 2000-2006 ha potuto fare importanti investimenti in hardware ed infrastrutture, studiate per essere scalabili e supportare le nuove tecnologie ed abbattere i costi di gestione.

Molte sedi sono già pronte per poter ospitare il futuro computing di SuperB con sale attrezzate, sistemi di condizionamento innovativi. Nel data center SCoPE presso l’Università di Napoli, ad esempio, ci sono rack di espansione già cablati raffreddati ed elettrificati, pronti per essere messi in esercizio, sistemi di ridondanza e di alta affidabilità, sistemi di monitoraggio, nonché predisposizione per le future reti a 10 Gbit/s e Nx10Gbit/s.

Altri datacenter sono nati sulla spinta di sia gruppi di fisica sperimentale (come Alice, CMS e astrofisica), di fisica teorica e di altre scienze come la bioinformatica o la chimica computazionale.

Questo è il caso della Sezione INFN di Bari, che ospita già un centro di calcolo ad alte perfomance e che dispone di tutta l'infrastruttura di base (raffreddamento, rack, rete, etc) per poter ospitare anche il calcolo dell'esperimento SuperB.

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L’intera collaborazione oggi mette a disposizione per la comunità scientifica un potenziale di oltre 10.000 CPU e risorse pregiate su base multi-core, con interconnessioni infiniband e a 10Gbit/s in grado di ospitare sia applicazioni high throughput che applicazioni HPC con codici paralleli e nuclei computazionali fortemente accoppiati.

Già in questa fase si è aperta una fruttuosa collaborazione tra i macchinisti di SuperB impegnati nella simulazione del detector e il gruppo di SCoPE di Napoli per il supporto del codice di electron-cloud simulation[1].

GRISU’ è inoltre già inserito nel “Distributed Computing Production Shift” per le simulazioni su GRID; in particolare la Virtual Organization superbvo.org e il supporto per il codice di FastSIM è stato abilitato su 5 siti:

INFN-BARI - BariINFN-NAPOLI-ATLAS – NapoliGRISU-UNINA - NapoliUNINA-EGEE - NapoliINFN-CAGLIARI - Cagliari

L’intera infrastruttura utilizza attualmente il middleware gLite ed in prospettiva il nascente EMI, ed è già inserita nei principali circuiti IGI ed EGI offrendo risorse per tutti i principali esperimenti HEP, nonché per le prime simulazioni di SuperB.

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2.2.3 ReteLe Università e gli Enti di ricerca dell’aggregazione, insieme col GARR, hanno già avviato un discorso di potenziamento della rete tra le sedi di GRISU’ sia all’interno di GARR-X che con documenti specifici indirizzati al Ministero per il sostegno infrastrutturale del Sud e per affrontare le nuove sfide scientifiche.

Gli stessi responsabili delle infrastrutture coinvolte sono stati in questi anni protagonisti dello sviluppo della rete in Italia, lavorando con il GARR a tutti livelli, dirigenziale e tecnico.

Oggi sia la fase procedurale, che il design e l’architettura dell’ infrastruttura di rete per il Sud sono in un importante stato di avanzamento, e la sua prossima realizzazione darà un valore aggiunto per il potenziamento di GRISU’.

La nuova rete offrirà non solo tutta la banda necessaria per supportare il traffico degli esperimenti HEP, ma altresì servizi innovativi sui quali disegnare le strategie di data movement, e resource sharing della Cloud italiana di SuperB nella quale il Sud è pronto a contribuire in maniera significativa.

2.2.4 Capitale umanoL’interazione tra diverse comunità scientifiche della rete GRISU’ e l’impegno nella progettazione, realizzazione e manutenzionerealizzazione da scratch di nuovi data center ha permesso di maturare un know-how di assoluta eccellenza relativamente alla creazione e management di Infrastrutture di calcolo distribuito di produzione.

GRISU’ vanta un capitale umano di altissima professionalità, esperto su argomenti di punta come il management dello storage, il monitoring distribuito, le reti a basse latenze, l’interoperabilità, la simulazione e il calcolo HPC.

Inoltre l’attività di porting intensivo su Grid di applicazioni diverse da quelle tradizionalmente INFN, ha permesso la creazione di competenze relativamente al calcolo parallelo, implementazione e supporto avanzato di librerie MPI, supporto di applicazioni HPC e porting di applicazioni commerciali . Tale know-how diventa cruciale per affrontare le nuove sfide indicate dalla comunità SuperB per la creazione di codici HEP in grado di sfruttare il parallelismo interno dei sistemi multicore, e trarre reali benefici dalle future architetture di calcolo.

Le sedi INFN nel Sud Italia, hanno dato un contributo determinante in fase di start-up e di design dell’infrastruttura GRISU’, sono depositarie di tutte le competenze e tecnologie e sono riferimento per la nascente aggregazione sulle tematiche del calcolo distribuito e intensivo.

La presenza in di tali competenze nel Sud Italia rappresenta un fattore di garanzia per il sicuro successo della proposta che si intende avanzare.

2.2.5 Servizi ed attivitàData Management

I partner dell’aggregazione GRISU’ sono impegnati nello studio ed implementazione di sistemi innovativi per il data management con grande visibilità a livello della collaborazione SuperB. In particolare presso le sedi INFN di Bari e Napoli e l’Università Federico II sono in corso una serie di sperimentazioni su nuove tecnologie di data movement e data casching per affrontare i problemi evidenziati dall’attuale modello a Tier utilizzato dagli esperimenti HEP.

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L’approccio metodologico seguito con misure sperimentali di scalabilità, performance e resilienzaresistenza ai fallimenti, fa dei partner dell’aggregazione GRISU una task-force importante per il design del nuovo modello di data management di SuperB.

Calcolo Parallelo ed HPC

Nell’ambito di GRISU sono presenti tutte le condizioni hardware, software e il know-how necessario per affrontare le tematiche di calcolo parallelo.

Oltre alle imponenti installazioni di infiniband e di macchine parallele avanzate, sono supportate tutte le principali librerie di calcolo parallelo provate e ottimizzate su diversi tipi di hardware di interconnessione e di compilatori, il supporto avanzato per tutte le versioni di MPI e per i codici che fanno uso interno del parallelismo.

Su questa base è stato effettuato il porting di numerosi codici su GRID e sono stati sviluppati moduli di interfacciamento tra il mondo Grid e il mondo HPC, con interessanti ricadute anche per la collaborazione SuperB.

L' Università degli Studi di Napoli Federico II ha esperienza nella progettazione, implementazione e testing di codici di calcolo per ambienti HPC di interesse di diversi ambiti scientifici (dall’Ingegneria alle varie branche della Fisica, dalle Scienze della Vita a quelle dei Materiali, ecc.).

Tale know-how consente alla comunità di SuperB di avvalersi di un team in grado di supportarla nello sviluppo di codici innovativi e nel porting di codici esistenti sulle più recenti infrastrutture hardware/software per l'HPC.

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Cluster di GPU

Il processore grafico (Graphics Processing Unit, GPU) inteso come una delle componenti di un PC, è evoluto, negli ultimi anni, fino a diventare un acceleratore per il calcolo ad alte prestazioni (High Performances Computing, HPC). Le GPU moderne contengono centinaia di unità di calcolo e sono capaci di raggiungere 1 TFLOPS per aritmetica a singola precisione e 80GFLOPS per l’aritmetica a doppia precisione.

Queste capacità di calcolo rendono particolarmente interessante il loro utilizzo come acceleratori del calcolo di molti dei problemi scientifici a supporto dei tradizionali sistemi di calcolo HPC tradizionali (cluster). La integrazione di nodi “GPU-cluster” in una griglia computazionale offre significativi vantaggi: ambiente di elaborazione utile per lo stream computing; minore costo per elettricità e raffreddamento (le GPU sono disponibili in sistemi rackable compatti); limitato numero di sistemi operativi da gestire, a fronte di un unico sistema operativo che fornisce accesso alla GPU si ottiene potenza di calcolo paragonabile a quella di un cluster di decine di nodi, ciascuno col proprio sistema operativo. A fronte di questi vantaggi, ci sono gli aspetti che verranno trattate nel progetto, in particolare, quelli relativi alla gestione di una piattaforma eterogenea, il che significa che si deve individuare i punti dell’elaborazione più o meno adatti ad sfruttare la accelerazione del “GPU-cluster” e, conseguentemente, il problema dello scheduling dei job da eseguire su tale piattaforma.

In questo ambito, l’Università degli Studi di Salerno (Dipartimento di Informatica) ha competenze particolari, sia sulla programmazione di GPU che su scheduling su piattaforme task-hungry di tipo eterogeneo, competenze sviluppate anche mediante la collaborazione con il centro ENEA CRESCO.

Calcolo distribuito e Middleware innovativo

Allo stato dell’arte i partner GRISU, restando pienamente compatibili con l’infrastruttura italiana ed europea, hanno implementato numerose estensioni del Middleware di base.

Nell’ambito del consorzio COMETA, in particolare,sono stati prodotti un certo numero di moduli per l’accounting dello storage, per il supporto di codici licenziati, nonché per il supporto di TAG MPI nel sistema informativo.

Tale know-how consente alla comunità di SuperB di avvalersi di un team in grado di sviluppare servizi innovativi di livello middleware, che possono essere tenuti in incubazione nella rete GRISU’ per poi essere esportati all’intera collaborazione o in ambito IGI o EGI.

L' Università degli Studi di Napoli Federico II ha maturato esperienza nella realizzazione, estensione e diffusione dello “strato middleware applicativo”, per il supporto alle applicazioni di interesse di diversi ambiti scientifici (dall’Ingegneria alle varie branche della Fisica, dalle Scienze della Vita a quelle dei Materiali, ecc.).

Tale know-how consente alla comunità di SuperB di avvalersi di un team in grado di integrare all’occorrenza il livello middleware applicativo.

Rete

All’interno della collaborazione GRISU sono in fase di sperimentazione tecnologie di rete sia in ambito geografico per il data movement sia a livello di singolo cluster con infiniband e 10Gbit/s, porting di servizi di

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rete a livello applicativo per tecnologie di traffic-engneering, band reservation, data management intelligenti, studi di prestazioni di librerie parallele su tecnologie di Infiniband over 10G, iscsi distribuito.

Il tema delle reti ad altissima velocità quali piattaforme abilitanti per infrastrutture di Cloud o Griglie computazionali scalabili è particolarmente sentito a livello nazionale e internazionale. A tale proposito, Il Gruppo di Informatica della Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione della seconda Università di Napoli potrebbe mettere a disposizione le proprie competenze scientifiche per la progettazione di nuovi modelli architetturali che costituiscono l'evoluzione delle attuali tecnologie di Cloud e Grid Computing, in cui si dà per scontata la disponibilità sostanzialmente illimitata delle risorse di rete, e si mira a fondere ed armonizzare le risorse computazionali dislocate geograficamente attraverso l’allocazione dinamica di canali di comunicazione dedicati ad altissima velocità per realizzare sistemi distribuiti di meta-computing virtuali configurabili in funzione dei bisogni delle applicazioni. Si passa quindi dal tradizionale paradigma dell'infrastruttura di calcolo “network-oblivious” che sfrutta una facility di trasporto comune basata su IP in accordo a una logica best-effort, a un nuovo concetto di “network-awareness", secondo cui l'infrastruttura diventa in grado di considerare le risorse di rete sottostanti, in termini di canali di comunicazione disponibili, come una risorsa infrastrutturale comune che, al pari di quelle computazionali e di storage possono essere gestiti ed allocati on-demand ed in maniera deterministica (“network connectivity as a service”) in modo da ottimizzare le prestazione complessive dell’infrastruttura. Il management della risorsa rete, coordinata con i servizi di job scheduling ed execution, per lo più assente in tutte le principali architetture di Griglia o Cloud attuali, rappresenta una delle tematiche più promettenti per ottenere un apprezzabile aumento dell’efficienza delle applicazioni distribuite di data-mining. Le decisioni relative alla gestione delle risorse di rete vengono prese sulla scorta di informazioni ottenute da un sistema di monitoraggio in grado di determinare in tempo reale lo stato delle risorse e i livelli di operatività della rete, basandosi su apposite metriche caratterizzanti gli obiettivi di performance dell'infrastruttura di Cloud o Grid. Questo modello consente di investigare sull’effetto di nuovi servizi middleware in grado di dialogare con la risorsa rete, sia in logica path-oriented che di tipo knowledge o rule-based.

Monitoraggio

Nella rete GRISU’ c’è un eccellenza nel monitoraggio di infrastrutture distribuite a partire dal livello fabric, fino al singolo servizio di middleware o al livello applicazione.

Tale ruolo è già da tempo consolidato prima grazie all’esperienza di GRID-ICE, ora utilizzando le tecnologie Cloud-Like e Portlet-container.

Su queste tematiche ci sono collaborazioni con i gruppi INFN nazionali per il monitoraggio dell’attività job delle farm impegnate negli esperimenti HEP.

2.3 Settori d’ambitoICT

ATECO 2007 – 72 Ricerca Scientifica e Sviluppo

ATECO 2007 – 19.09 Ricerca e Sviluppo sperimentale nel campo delle altre scienze Naturali e dell’ingengeria

Settore Tecnologico: Informatica

SSD 1 FIS/01 - INF/01

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identificazione di settori/ambiti di intervento e in cui il Distretto e/o l’Aggregazione dovrà operare; principali attori pubblici e privati coinvolti nella costituzione del distretto; regolazione dei processi di collaborazione tra attori; esistenza di una posizione di “governance” tale da garantire la piena partecipazione delle forze produttive, scientifiche, tecnologiche nella promozione e gestione delle azioni del distretto; definizione di un’entità giuridica responsabile del coordinamento delle iniziative; risorse finanziarie disponibili/attivabili; ipotesi in materia di contenuti degli interventi proposti;

2.4 PropostaViste le infrastrutture, la strategia di crescita della rete, il know-how acquisito e visto il forte coinvolgimento delle sedi INFN del Sud nel settore del calcolo avanzato distribuito, l’aggregazione GRISU’ si propone come polo di eccellenza della Cloud Italiana di SuperB, come fornitore di servizi, progettazione di elettronica e centro di sperimentazione per R&D.

Il modello di riferimento è quello di una facility di calcolo e data storage innovativa di classe Tier1 distribuita a livello intra-regionale, partendo dalle esperienze già collaudate in ambito HEP.

Alcuni esempi rappresentativi sono il Nordic DataGrid Facility (NDGF) [2] [3], che implementa un meta-Tier1 per applicazioni HEP e di supporto alle altre maggiori comunità dell’ e-science, condividendo risorse distribuite su 4 domini Amministrativi e Governativi differenti: Danimarca, Norvegia, Svezia e Finlandia.

Altro riferimento è il computing model inglese di GridPP [4] dove tutti i Tier2 sono facility virtualizzate su scala multi regionale, e su network multi istituzionali.

Anche negli Stati Uniti nell’ambito della collaborazione CMS, i due poli UCSD del CalTech hanno implementato delle tecnologie di Tier distribuito[5], per lo sharing e la replica dei dati su scala geografica.

Sulla base delle migliori esperienze internazionali e sfruttando le preesistenze e specificità dell’aggregazione GRISÙ, si intendono potenziare le infrastrutture dal punto di vista hardware e creare un’architettura di supporto per il computing model di SuperB insieme ad una serie di Task-Force miste Imprese/Ricerca con i seguenti compiti principali:

Realizzazione di una Facility di calcolo intensivo distribuito su network d’eccellenza

Progettazione di componenti elettronici e di sensori per l’apparato sperimentale di SuperB

Servizi per il Data Management

Sviluppo di un sistema integrato di monitoraggio

Supporto per le simulazioni e le analisi dei dati

Realizzare un punto di riferimento per i codici paralleli e per le simulazioni in collaborazione con gli acceleratoristi.

Fornitura di nuovi servizi a livello rete

R&D per l’evoluzione del computing model.

Efficentamento energetico (GREEN Computing)

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3 PREVISIONI D’IMPATTO

Ambiti Impatto Competitività delle Imprese Crescita del know-how delle imprese alle quali potranno essere

trasferiti specifici task per la collaborazione SuperB spendibili anche presso altri laboratori delle collaborazione.Sviluppo di prodotti software e servizi Cloud altamente competitivi, allo stato dell’arte della tecnologia.Inserimento delle imprese in una delle più importanti collaborazioni scientifiche del Mondo.Ampliamento dell’offerta da parte delle imprese con servizi/prodotti competitivi e spendibili su mercati internazionali.

Occupazione Creazione e formazione di personale tecnico/scientifico specializzato sulle nuove tecnologie, competitivo a livello internazionale.Creazione di nuove opportunità di lavoro all’interno delle imprese per il supporto e sviluppo dei nuovi prodotti.

Internazionalizzazione Visibilità globale data dalla collaborazione SuperB.Integrazione dei servizi/prodotti nell’Italian Grid Initiative e nell’European Grid Initiative. Utilizzo di standard internazionali con garanzia di interoperabilità e qualità.Effetto trainante fornito dalla collaborazione scientifica di SuperB

3.1 Strategie di sviluppoSuperB è in fase di Startup e il laboratorio pubblico-privato GRISU’ si inserisce immediatamente nelle attività per l’implementazione e sviluppo dei servizi di cui usufruirà il progetto negli anni successivi.

Gli interventi che verranno svolti nei tre anni di progetto riguardano:

identificazione degli interventi che si ipotizza di realizzare nei primi tre anni di operatività del distretto e relativo impatto, favorendo soluzioni a problematiche di filiera/settore, anche attraverso lo sviluppo e il potenziamento di reti di distretti e/o di aggregazioni;

3.2 Valorizzazione programmi di R&DIn Europa sono già attivi programmi per la diffusione pervasiva delle tecnologie di Cloud/Grid computing nei settori produttivi oltre che nella ricerca. La possibilità per le imprese di applicare queste tecnologie nel progetto SuperB, consente di valorizzare gli sforzi.

Gli R&D sviluppati da GRISU’ per la collaborazione SuperB verranno valorizzati tramite una collaborazione fattiva tra le task-force di progetto e le principali infrastrutture internazionali verso prodotti esportabili su scala maggiore. Si andando a trattare delle tematiche cruciali coerenti a livello europeo e anche per altri settori della ricerca.

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Valorizzazione di programmi strategici di ricerca, di sviluppo tecnologico e innovazione, coerenti con le agende strategiche di riferimento a livello europeo e globale, ed in linea con i programmi di sviluppo e innovazione nazionali ed internazionali;

3.3 InternazionalizzazioneIl progetto SuperB si sviluppa all’interno di una collaborazione Internazionale che coinvolge ad oggi 10 paesi. Questo consentirà alle imprese di GRISU’ di lavorare in un contesto trainante verso l’internazionalizzazione e l’applicazione dei prodotti al di fuori del territorio nazionale, sia presso altri laboratorio dedicati alla SuperB che in altri ambiti.

GRISU’si avvale di un infrastruttura di calcolo e di rete d’eccellenza e competitiva a livello Europeo. La Griglia del sud è infatti parte integrante delle infrastrutture IGI eEGI rispettivamente la National Grid Initiative Italiana ed il maggiore circuito Europeo di computing impegnati nella diffusione pervasiva delle tecnologie di Cloud/Grid.

La partecipazione a questi circuiti, conferisce alle aziende coinvolte un ulteriore canale di diffusione ed Internazionalizzazione dell’esperienza, in particolare GRISU’ utilizza protocolli e software di base standard che garantiscono la piena interoperabilità dei servizi sviluppati sulle maggiori piattaforme internazionali. Inoltre l’accesso diretto alla rete della ricerca, che supporta in prospettiva velocità dell’ordine dei Nx10Gbit/s, consentirà alle aziende di creare dei business totalmente site-indipendent.

Queste condizioni favorevoli consentono alle imprese di approcciare nuovi mercati tans-nazionali, accrescendo la loro competitività oltre i confini delle regioni obiettivi e verso i mercati europei.

Infine ammortizza il rischio delle imprese che andranno a scommettere su tecnologie che avranno sicuro seguito nella comunità europea ed oltre.

Promozione di processi di internazionalizzazione, migliorare la capacità di attrazione di investimenti e talenti, creando le condizioni per la nascita e l’avvio iniziale di start up e di spin off da ricerca, con l’obiettivo di raggiungere una maggiore competitività a livello internazionale, ed una maggiore capacità di realizzare sinergie tra settori industriali diversi sulle stesse tipologie tecnologiche;

3.4 Attrazione stockholderCON RIFERIMENTO ALLA PROPOSTA SPECIFICA E NON DI TUTTO GRISU’:

Attrazione di capitale e finanza privata anche attraverso la maggiore capacità di deals flow permessi dalla rete, mirando a ridurre nel tempo la percentuale di finanza pubblica, e ad assicurare l’autosostenibilità di lungo termine;

3.5 Generazione d’indottoPartendo dai servizi/prodotti individuati per le esigenze di SuperB, l’indotto verrà generato attraverso la creazione di una serie di task-force miste Imprese/Enti di ricerca, formate dal personale a contratto acquisito sulle risorse di progetto e personale a cofinanziamento.

A partire dal know-how interno, ciascun gruppo avrà il compito di completare la sperimentazione necessaria per il proprio nucleo di attività e mettere a regime il servizio/prodotto per le esigenze dell’esperimento SuperB. Quindi verranno generalizzate le soluzioni ed estrapolate per la creazione di servizi/prodotti stabili e esportabili dalla imprese verso l’esterno.

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Infine si dovrà trasferire completamente il know-how di realizzazione e gestione del servizio/prodotto implementato, presso le imprese partecipanti, al fine di aumentare la loro offerta e accrescere la loro competitività. Nel contempo le task force creeranno delle unità di personale specializzato, che potrà essere impiegate per portare avanti il business presso le aziende, negli anni successivi alle attività di progetto.

Gli interventi potranno essere svolti sia portando personale ricercatore presso le imprese per periodi di tempo necessari alla conclusione di specifici task, sia introducendo il personale delle aziende nei laboratorio devi vari Enti, in un ambiente misto di ricerca,sviluppo e applicazione.

Tipologia e qualità delle azioni previste volte ad incentivare lo sviluppo di attività di ricerca nelle imprese quale leva competitiva (p.e. distacco di personale tecnico-scientifico presso le imprese, assunzione di nuovi ricercatori e tecnici di ricerca)

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4 AMBITO TECNOLOGICO

Tecnologie Applicazioni Cloud/Grid Computing, Paradigmi di (SaaS)Software as a Service, Platform as a Services (PaaS) e Hardware as a Services (HaaS).

Servizi di Data Management, Analisi dati e algoritmi di trigger per SuperB, monitoraggio integrato multilivello, sistemi di allarmistica, rappresentazione delle collisioni del detector, condivisione software, strumenti collaborativi.CAD as a Services, componenti elettronici e di sensori per l’apparato sperimentale di SuperB

Tecnologie di rete Nx10Gbit/s, IPv6,QoS, bandwidth reservation

Virtualizzazione del livello rete, trasferimenti massivi dei dati di SuperB, , servizi di rete con garanzia della banda e della qualità della connessione. Site indipendent services e Site-indipendent software.

Multicore, HPC, reti a bassa latenza intercluster, Calcolo Parallelo.

Simulazione per la progettazione delle varie componenti dell’acceleratore e del rivelatore di SuperB. Applicazioni di fluidodinamica e di meccanica, esportabili in svariati settori, ivi comprese le esigenze dei distretti tecnologici già attivi o in fase di creazione.

4.1 Tecnologie primarieL’operatività del progetto si focalizzerà sulle tecnologie abilitanti di Cloud e Grid computing unitamente ai paradigmi del High Performance Computing, broadband networking e virtualizzazione.

Servizi e prodotti a supporto dell’esperimento SuperB verranno creati al disopra della preesistente infrastruttura di calcolo di GRISU’, basata su cluster di multicore, con sistemi di interconnessione a bassa latenza, infiniband e 10Gbit. I cluster sono interconnessi geograficamente attraverso il backbone GARR a velocità 1-2Gbit/s in prossimo upgrade a 10Gbit/s e Nx10Gbit/s con servizi di rete innovativi di bandwidth reservation, supporto del QoS e virtualizzazione del livello rete.

Il middleware di base sarà quello dell’infrastruttura europea EGI (evoluzione di gLite/EMI) ivi compresi protocolli standard e raccomandazioni prodotte nell’ambito del Open Grid Forum (OGF). Questo garantirà la massima interoperabilità con tutte le maggiori e-infrastrutture mondiali.

Al disopra dello strato middleware verranno sviluppati una serie di applicativi quali tool di data management e di data analisys, sistemi di monitoraggio integrati, tool di visualizzazione 3D e CAD as a Services, utilizzando i principali paradigmi di Cloud Computinig: (SaaS)Software as a Service, Platform as a Services (PaaS) e Hardware as a Services (HaaS).

Altre tecnologie primarie alla base delle attività per SuperB, saranno la virtualizzazione dei sistemi operativi con diversi paradigmi, migrazione di macchine virtuali su scala geografica, sistemi di alta affidabilità.

Il paradigma dell’open source sarà un ulteriore valore aggiunto, che permetterà alle imprese di acquisire un konw-how su tecnologie in espansione con ampie prospettive di applicazione anche al di fuori della collaborazione SuperB.

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Operatività focalizzata su un numero definito e limitato di tematiche tecnologiche trasversali, che siano in grado di consolidare la competitività dei territori di riferimento nonché promuovere e rafforzare le sinergie tra politiche e strumenti di valorizzazione della ricerca e innovazione regionali, nazionali e comunitari;

4.2 Coerenza agende R&D

Il progetto contribuisce ad una visione strategica dell’aggregazione Pubblico Privata GRISU’ promuovendo un agenda di R&D da sviluppare in maniera congiunta tra imprese ed enti di ricerca, verso la creazione di prodotti allo stato dell’arte e competitivi, che avranno come fruitore pilota il progetto SuperB.

Gli R&D riguardano tematiche di punta a livello internazionale e coerenti con le linee strategiche Nazionali e con quelle indicate negli APQ regionali, con particolare riferimento all’ ICT e ai temi correlati. Le attività permetteranno alle imprese di inserirsi dall’inizio in una delle più importanti collaborazioni scientifiche internazionali e di sfruttarne l’effetto trainante.

Lo studio e l’applicazione di tecnologie di Cloud, Grid computing ed HPC, si inserisce in un quadro strategico multi regionale, in continuità con l’esperienza della programmazione 2000/06 ed in coerenza con i fabbisogni di computing individuati nel settore ricerca e nel settore privato. Inoltre le attività

Le tematiche trattate ed gli R&D proposti per il supporto di SuperB vanno a sviluppare tecnologie esportabili anche presso le altre aggregazioni e distretti tecnologici, già in essere o in fase di costituzione nelle regioni obiettivo, con i quali l’aggregazione GRISU’ è già in contatto. In tal modo l’infrastruttura di computing potrà veramente fare sistema nel meridione.

L’aggregazione GRISU’ si muove altresì nel contesto delle maggiori infrastrutture di ricerca nazionali ed internazionali, in particolare è inserita dell’Italian Grid Initiative (IGI) e dell’ Euorpean Grid Initiative (EGI), con le quali condivide piani crescita e linee strategiche. Questo insieme con presenza di importanti enti di ricerca, in primis l’INFN e le università, già leader internazionali nelle tecnologie primarie del progetto, (Cloud, Grid ed HPC) garantisce che l’assoluta eccellenza dei programmi di R&D.

Promozione di una visione strategica del Distretto e dell’Aggregazione, anche avvalendosi dello strumento di piattaforme tecnologiche nazionali, orientata verso lo sviluppo e collegandola il più possibile alle frontiere tecnologiche più avanzate;

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4.3 Valorizzazione struttureDefinizione di una strategia per la valorizzazione dei laboratori, le strutture di ricerca e gli asset strategici dei soci ripensandone il funzionamento su scale trans-nazionale ed in un ottica di rete.

4.4 Programmi di ricercaQualità tecnico-scientifica deI progetto, in termini di contributo del progetto alla soluzione di problematiche di ricerca e sviluppo del settore/ambito di riferimento prescelto, adeguatezza dei contenuti, sviluppo di metodologie avanzate, articolazione e integrazione delle competenze delle strutture scientifico-tecnologiche pubblico-private coinvolte nel progetto, impatto dei risultati attesi in relazione all’avanzamento tecnologico dei proponenti in coerenza con le finalità del presente invito

4.5 Formazione e trasferimentoRicadute dei risultati attesi con riferimento alla potenzialità degli stessi di concorrere allo sviluppo di strategie di riposizionamento del sistema economico delle Regioni della Convergenza e capacità degli stessi di generare ricadute positive in più settori/ambiti previsti dall’invito

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5 I SOGGETTI COINVOLTI

5.1 Il TEAMIl team coinvolto nelle attività di GRISU per SuperB, comprende imprese di vari settori: elettroniche, system integrator, sviluppo software e fornitrici di servizi . Molte aziende hanno già dimostrato l’interesse per applicazione della ricerca e la capacità di ampliare la loro offerta ed i propri mercati facendo sistema secondo il paradigma “ricerca-formazione-innovazione”.

Il comparto ricerca coinvolto, inoltre, rappresenta l’eccellenza nazionale sulle tematiche trattate del progetto e nelle attività di trasferimento tecnologico. In particolare l’INFN presente con ben cinque organizzazioni stabili è il proponente del progetto bandiera SuperB ed ha un ruolo di leadership internazionale sulle tecnologie di Cloud computing e di Grid Computing. Inoltre vi è una forte presenza delle maggiori Università del meridione, dotate di strutture e di konw-how a garanzia per lo svolgimento delle attività di formazione oltre che di ricerca.

5.2 Ruoli chiaveNell’ambito del progetto l’INFN svolgerà un ruolo di leadership facendo da interfaccia tra la collaborazione SuperB e tutti i partner di GRISU’ , sfruttando le proprie sezioni distribuite sulle 4 regioni. L’istituto di fisica nucleare contribuirà quindi a indirizzare i lavoro delle Task-Force pubblico/private a creare i frame work di collaborazione ed a finalizzare le attività in servizi e prodotti per la SuperB.

5.3 Ruolo delle PMILe PMI partecipanti all’aggregazione, lavoreranno in sinergia con i partner della ricerca, trainati dall’INFN e dalle Università. Esse completeranno le sperimentazioni necessarie nell’ambito delle task-force di attività, ed avranno il ruolo di mettere a regime i servizi/prodotti individuati per le esigenze di SuperB e di completare la messa in esercizio in maniera professionale, acquisendo la piena autonomia nella gestione ed enucleando le componenti esportabili e spendibili su nuovi mercati.

5.4 Legami con altre struttureSuperB coinvolge numerosi laboratori distribuiti sul territorio Nazionale e su scala globale. GRISU’ avrà certamente la necessita e l’opportunità di esportare i propri servizi verso altre sedi e verso altre realtà sia di ricerca che del mondo aziendale fornendo consulenza.

Inoltre in un quadro generale di sviluppo delle regioni obiettivo, i servizi e le esperienze maturate durante i 3 anni di progetto e tutte le tecnologie trasversali abilitanti sviluppate per SuperB, potranno essere esportate presso gli altri distretti tecnologici e laboratori pubblico privati tematici, che hanno bisogno per le loro attività di computazione.

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6 SOSTENIBILITA’ A MEDIO LUNGO TERMINE

6.1 Fabbisogni da soddisfareIl progetto Bandiera SuperB, dominerà la scena Italia ed internazionale per i prossimi anni, e i fabbisogni di computing avranno un modello di crescita che garantisce nuove opportunità per le aziende.

Si calcola che a regime, l’esperimento dovrà processare circa 10PB di dati all’anno su una rete di collaborazione che coinvolge fisici di tutto il mondo. Questo apre una serie di necessità di sistemi di data management, security, serivizi cloud, servizi di rete.

6.2 Risultati ottenibili

Rilevanza, utilità e originalità delle conoscenze acquisibili e dei risultati rispetto allo stato dell’arte nazionale e internazionale e alle potenzialità di sviluppo del settore/ambito di interesse, e/o alla capacità delle stesse di ridurre la distanza dalla frontiera tecnologica nel settore/ambito di riferimento

6.3 Fabbisogni finanziari10 Milioni di euro in 3 anni

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