Accelerare l’Acceleratore uno scienziato velocizza l’HPC del CERN con le GPU e l’AI

A scientist speeds up CERN's HPC with GPUs and AI.

Nota dell’editore: questo articolo fa parte di una serie che presenta ricercatori che stanno facendo progressi nella scienza grazie alla tecnologia dell’elaborazione ad alte prestazioni.

Maria Girone sta espandendo la più grande rete al mondo di computer scientifici con l’elaborazione accelerata e l’AI.

Dal 2002, il dottorato di ricerca in fisica delle particelle ha lavorato su una griglia di sistemi in oltre 170 siti in più di 40 Paesi che supportano il Large Hadron Collider (LHC) del CERN, esso stesso pronto per un importante aggiornamento.

Una versione ad alta luminosità del gigantesco acceleratore (HL-LHC) produrrà 10 volte più collisioni di protoni, generando exabyte di dati all’anno. Questo è un ordine di grandezza in più rispetto a quello generato nel 2012, quando due dei suoi esperimenti hanno scoperto il bosone di Higgs, una particella subatomica che ha convalidato la comprensione degli scienziati dell’universo.

La chiamata di Ginevra

Girone ha amato la scienza fin dalla sua infanzia nel sud Italia.

“All’università, volevo conoscere le forze fondamentali che governano l’universo, quindi mi sono concentrata sulla fisica”, ha detto. “Sono stata attratta dal CERN perché è dove le persone provenienti da diverse parti del mondo lavorano insieme con una passione comune per la scienza.”

Posizionato tra il Lago di Ginevra e le montagne del Giura, l’Organizzazione europea per la ricerca nucleare è un centro per oltre 12.000 fisici.

Una mappa del CERN e del LHC al confine franco-svizzero. (Immagine cortesia del CERN)

Il suo anello di 27 chilometri è talvolta chiamato la pista da corsa più veloce del mondo perché i protoni viaggiano intorno ad esso al 99,9999991% della velocità della luce. I suoi magneti superconduttori operano vicino allo zero assoluto, creando collisioni che durano brevemente milioni di volte più calde del sole.

Aprire le porte del laboratorio

Nel 2016, Girone è stata nominata CTO di CERN openlab, un gruppo che raccoglie ricercatori accademici e dell’industria per accelerare l’innovazione e affrontare le sfide informatiche future. Lavora a stretto contatto con NVIDIA attraverso la sua collaborazione con E4 Computer Engineering, una società specializzata in HPC e AI con sede in Italia.

In una delle sue prime azioni, Girone ha organizzato il primo workshop di CERN openlab sull’AI.

La partecipazione dell’industria era forte ed entusiasta della tecnologia. Nei loro interventi, i fisici hanno spiegato le sfide future.

“Alla fine della giornata ci siamo resi conto che venivamo da due mondi diversi, ma le persone si ascoltavano a vicenda e proponevano con entusiasmo cosa fare dopo”, ha detto.

Un aumento dell’AI nella fisica

Oggi, il numero di pubblicazioni sull’applicazione dell’AI in tutta la catena di elaborazione dei dati nella fisica ad alta energia sta aumentando, riferisce Girone. Il lavoro attira giovani ricercatori che vedono opportunità per risolvere problemi complessi con l’AI, ha detto.

Nel frattempo, i ricercatori stanno anche portando il software di fisica sui processori GPU e utilizzando programmi AI esistenti che girano sui GPU.

“Questo non sarebbe accaduto così rapidamente senza il supporto di NVIDIA che lavora con i nostri ricercatori per risolvere problemi, rispondere alle domande e scrivere articoli”, ha detto. “È stato estremamente importante avere persone in NVIDIA che apprezzano come la scienza debba evolversi di pari passo con la tecnologia e come possiamo utilizzare l’accelerazione con i GPU.”

L’efficienza energetica è un’altra priorità per il team di Girone.

“Stiamo lavorando su esperimenti su diversi progetti come la portabilità su architetture a bassa potenza e non vediamo l’ora di valutare la prossima generazione di processori a bassa potenza”, ha detto.

Simulazioni digitali e computer quantistici

Per prepararsi per l’HL-LHC, Girone, nominata responsabile di CERN openlab nel marzo, cerca nuovi modi per accelerare la scienza con l’apprendimento automatico e l’elaborazione accelerata. Anche altri strumenti sono sulle vicine e lontane linee dell’orizzonte.

Il gruppo ha recentemente vinto finanziamenti per il prototipo di un motore per la creazione di simulazioni digitali. Fornirà servizi per i fisici, oltre che per i ricercatori in campi dall’astronomia alla scienza ambientale.

Uno sguardo all’interno dell’acceleratore. (Immagine cortesia del CERN)

Il CERN ha anche avviato una collaborazione tra ricercatori accademici e dell’industria in materia di computer quantistici. La tecnologia potrebbe far avanzare la scienza e portare a migliori sistemi quantistici, anche.

Una passione per la diversità

In un altro atto di creazione di comunità, Girone è stata tra i quattro cofondatori del capitolo svizzero del gruppo Women in HPC. Aiuterà a definire azioni specifiche per sostenere le donne in ogni fase della loro carriera.

“Sono appassionata di creare team diversificati in cui tutti si sentano di contribuire e appartenere – non è solo una casella da spuntare sui numeri, si vuole realizzare un senso di appartenenza”, ha detto.

Girone era tra i migliaia di fisici che hanno catturato un po’ di quell’entusiasmo il giorno in cui il CERN ha annunciato la scoperta del bosone di Higgs.

Ricorda di essersi alzata alle 4 del mattino per mettersi in fila per un posto nell’auditorium principale. Non poteva contenere tutti i ricercatori e gli ospiti che arrivarono quel giorno, ma la gioia del successo la seguì e seguì anche gli altri che guardavano l’evento da una sala vicina.

“Conoscevo il contributo che avevo dato”, ha detto. “Ero orgogliosa di essere tra i molti autori del documento, e anche i miei genitori e i miei figli si sono sentiti orgogliosi”.

Guarda anche altri profili di questa serie:

  • Scienziata affina le previsioni meteorologiche con l’AI
  • Scienziato esplora mondi quantistici con HPC, AI
  • AI, HPC aiutano a stimolare una svolta nella fusione nucleare