Al primo vertice mondiale sulla sicurezza dell’intelligenza artificiale, ospitato dal Regno Unito nel novembre 2023, il governo ha annunciato investimenti che avrebbero reso possibile Il supercalcolo IA britannico 30 volte più potentegrazie a una coppia di supercomputer chiamati Dawn e Isambard.
Dawn è stato installato dalla divisione di calcolo ad alte prestazioni dell’Università, Research Computing Services
I supercomputer Dawn e Isambard, con sede rispettivamente a Cambridge e Bristol, fanno parte dell’AI Research Resource del governo. Queste strutture nazionali sosterranno l’infrastruttura IA di prossima generazione del Regno Unito, fornendo capacità di calcolo specializzate nell’intelligenza artificiale a ricercatori, mondo accademico e industria.
Ora operativo nel suo data center all’avanguardia a Cambridge, Dawn è attualmente il supercomputer AI più potente del Regno Unito, con più di mille unità di elaborazione grafica (GPU) Intel di fascia alta che operano all’interno dei suoi stack di server .
Le innovazioni su misura del supercomputer in termini di hardware e software sono il risultato di una partnership di co-progettazione a lungo termine tra Laboratorio Open Zettascale di Cambridgediretto dal dottor Paul Calleja, e dai leader tecnologici globali Intel e Dell Technologies, con il supporto dell’Autorità per l’energia atomica del Regno Unito (UKAEA) e del Regno Unito per la ricerca e l’innovazione.
Dawn viene ora utilizzato dagli scienziati di Cambridge e di tutto il Regno Unito in campi di ricerca critici come l’energia pulita, la medicina personalizzata e il clima.
Qui diamo uno sguardo a come Dawn viene utilizzato per supportare questi obiettivi ambiziosi, iniziando con uno dei principali casi d’uso del nuovo supercomputer: lavoro dell’UKAEA a progettare il prototipo di una centrale elettrica a fusione del Regno Unito.
La fusione è il processo naturale che alimenta il nostro Sole. L’immensa forza di gravità nel nucleo del Sole fa sì che i nuclei di idrogeno si avvicinino così strettamente da “fondersi”, rilasciando quantità sbalorditive di energia. Se la fusione potrà essere sfruttata economicamente sulla Terra, fornirà una forma quasi illimitata di elettricità pulita e sicura.
“Tuttavia, fornire energia da fusione è una delle più grandi sfide scientifiche e ingegneristiche dei tempi attuali”, afferma il dottor Rob Akers, direttore dei programmi informatici presso l’UKAEA. “Una centrale elettrica a fusione è un macchinario molto fortemente accoppiato e molto complesso – deve contenere le condizioni di una stella quaggiù sulla Terra.
“Quindi, per rispettare i tempi impegnativi per la realizzazione di queste centrali elettriche per l’era Net Zero, dobbiamo progettare l’impianto ‘in silico’, cioè nel mondo virtuale, utilizzando il supercalcolo e l’intelligenza artificiale”.
Dawn verrà utilizzata per costruire simulazioni complesse – “gemelli digitali” – che modella il comportamento della fusione e i macchinari degli impianti, utilizzando i dati raccolti nei prossimi due decenni.
Ciò contribuirà in definitiva a realizzare l’ambizioso programma dell’UKAEA per progettare e costruire il suo prototipo di impianto di energia da fusione, STEP (Spherical Tokamak for Energy Production), a West Burton nel Nottinghamshire.
“Dawn è un progetto incredibilmente entusiasmante volto a catalizzare ciò che è necessario per progettare centrali elettriche a fusione nel mondo virtuale”, aggiunge Akers.
“Questa non è una sfida teorica: si tradurrà in a centrale elettrica fisica che fornirà significative opportunità alla catena di fornitura nazionale per l’edilizia e creare posti di lavoro di alto valore nel campo dell’intelligenza artificiale e del “digitale” in tutto il Regno Unito.”
L’idea è che il mondo virtuale altamente coinvolgente e connesso – un “metaverso industriale” – sviluppato utilizzando Dawn aiuterà gli ingegneri che non hanno esperienza nel calcolo ad alte prestazioni o nell’intelligenza artificiale a risolvere le sfide più rapidamente, accelerando notevolmente e riducendo i rischi del Regno Unito. tabella di marcia della fusione.
“Avere accesso a sistemi potenti come Dawn è fondamentale per posizionare il Regno Unito in prima linea in una tecnologia e un’industria emergenti”, aggiunge Akers. “Il premio finale sarà ‘imbottigliare una stella’, sfruttando l’energia di fusione qui sulla Terra e spostando l’ago verso un mondo senza carbonio”.
Il lavoro del professor Peter Coveney utilizzando Dawn ci avvicinerà a questo gemelli digitali che possono aiutarci a rimanere in salute.
Un gemello digitale umano è un modello computerizzato che è una replica virtuale della biologia di un individuo: il suo DNA, le molecole, le cellule, gli organi, i processi circolatori, l’immunologia e così via. Sebbene non esistano ancora gemelli digitali di questa completezza, complessità e individualità, molti credono che la tecnologia sia la prossima frontiera della medicina.
“La medicina moderna è in gran parte rivolta al passato”, spiega il professor Coveney, direttore del Centro di scienze computazionali presso l’University College di Londra. “I medici stabiliscono il modo migliore per curare i pazienti esaminando i risultati degli studi clinici su altre persone.
“Ma cosa succederebbe se un medico potesse utilizzare un tuo gemello digitale per verificare se un farmaco funzionerà, o per consigliarti su come verrai colpito in una pandemia, o per prevedere come un cambiamento nello stile di vita potrebbe migliorare la tua salute a lungo termine?
“Le copie virtuali di noi stessi faranno da apripista una nuova era di medicina personalizzata. Questi gemelli digitali cambieranno l’intera nozione di cosa significhi essere sani”.
Coveney è un esperto nella complessa modellazione dietro la costruzione di progetti virtuali del corpo umano e utilizzerà Dawn per continuare la sua ricerca.
È a capo di una collaborazione internazionale che ha precedentemente costruito un gemello digitale dell’intero sistema circolatorio umano – tutte le 60.000 miglia di vasi, arterie, vene e capillari – utilizzando dati provenienti da sezioni trasversali digitalizzate di un cadavere congelato.
La parte difficile è ridimensionare la rappresentazione digitale di un intero essere umano. È una sfida non solo dal punto di vista computazionale, ma anche per il modo in cui la società percepisce i “doppelganger digitali”. Coveney discute queste questioni morali ed etiche nel suo libro Tu virtualescritto per aiutare tutti “dallo specialista al grande pubblico al passo con il progresso della tecnologia”.
Anche se potrebbe passare del tempo prima che una visita dal medico implichi il richiamo delle informazioni più recenti archiviate elettronicamente nel tuo gemello digitale, ci saranno vantaggi durante il viaggio, afferma Coveney. Un’area riguarderà la scoperta di farmaci.
“Il processo di scoperta di farmaci è lento e costoso, ma l’uso di simulazioni basate sull’intelligenza artificiale ibrida e basata sulla fisica può accelerare la scoperta di farmaci terapeutici per malattie come COVID-19. Questi flussi di lavoro altamente complessi richiedono la capacità di supercalcolo più avanzata per fornire l’elevata produttività necessaria per selezionare un vasto numero di farmaci candidati.
“Sono entusiasta di vedere Dawn, il primo di una nuova classe di supercomputer acceleratipotenziarmi nel Regno Unito e non vedo l’ora di continuare la mia ricerca con queste straordinarie strutture nazionali”.
Istituto di informatica per le scienze climatiche di Cambridge (ICCS) utilizza Dawn per esplorare le soluzioni che avranno importanza nel modo in cui affrontiamo la crisi climatica.
I modelli climatici sono sempre più complessi, con grandi quantità di dati climatici disponibili da satelliti, droni, navi e sensori, in tempo reale e nel passato, che abbracciano luoghi dal locale al globale.
“Abbiamo avuto bisogno per molto tempo della potenza dei supercomputer per dare un senso a tutto ciò”, afferma il dottor Jack Atkinson, ingegnere informatico ricercatore senior presso l’ICCS. “Ma ora abbiamo anche bisogno che l’intelligenza artificiale e l’apprendimento automatico eseguano le simulazioni abbastanza velocemente da consentire ai decisori di dare priorità alle azioni che faranno la differenza”.
Il ruolo di Atkinson è quello di scrivere programmi che consentano a team di esperti climatici in tutto il mondo di analizzare, modellare e prevedere come i cambiamenti climatici stanno influenzando l’atmosfera, la biosfera, l’oceano e il ghiaccio marino.
La sua collega, la dott.ssa Marion Weinzierl, anche lei ingegnere informatico ricercatore senior, aggiunge: “Non si tratta più solo di prevenire – il clima sta già cambiando – ma ora anche di prendere decisioni su come reagire. Le simulazioni future possono porre domande del tipo: se il livello del mare aumenta di così tanti metri, allora possiamo pianificare un adattamento? Come cambierà l’agricoltura con il cambiamento climatico?”
Gli ingegneri del software come Weinzierl e Atkinson aiutano gli scienziati a eseguire simulazioni finemente dettagliate per modellare i processi che stanno accadendo. “Lavoriamo anche per migliorare l’efficienza del software e il modo in cui viene sviluppato e gestito, al fine di ridurre l’energia necessaria per realizzare la soluzione”, aggiunge Weinzierl.
Atkinson descrive il tipo di lavoro per il quale utilizzerà Dawn: “Ho cercato di modellare le nuvole in cui l’acqua si trasforma in pioggia e ghiaccio per migliorare le previsioni delle precipitazioni. I modelli dettagliati possono catturare molti aspetti della fisica, ma sono complessi e possono essere utilizzati solo su scala locale. Sto cercando di capire come estendere tutto questo a livello planetario utilizzando la capacità dell’intelligenza artificiale di identificare modelli e apprendere”.
E aggiunge: “È importante che le persone non pensino che i supercomputer o l’intelligenza artificiale risolveranno il cambiamento climatico per loro. Ma potrebbero aiutare ad affrontare questioni che faranno davvero la differenza nel modo in cui sopravvivremo”.
La professoressa Emily Shuckburgh, direttrice dell’ICCS e CambridgeZeroè entusiasta delle opportunità che Dawn offre al lavoro dell’ICCS e di altri modellisti climatici:
“L’aspetto fondamentale del cambiamento climatico è che c’è un orologio che scorre molto rapidamente in cui dobbiamo fornire soluzioni rapidamente.
“Ho trascorso tutta la mia carriera lavorando sul lato dei problemi del cambiamento climatico, poiché è lì che si concentra il focus della modellizzazione climatica, e sono entusiasta del lavoro che ora viene condotto sul lato delle soluzioni del cambiamento climatico… I computer come Dawn sono davvero fondamentali per lo sviluppo di queste opportunità.“
Dawn ha collaborato alla progettazione con Dell e Intel negli ultimi due anni. Attualmente è il supercomputer AI più potente del Regno Unito, raddoppiando la potenza dell’IA nel Regno Unito. Qual è il prossimo?
“Puntiamo a fornire una Fase 2 Dawn che vanterà un livello di prestazioni 10 volte superiore”, afferma Calleja. “Se portata avanti, la Fase 2 dell’Alba aumenterà in modo significativo la capacità di intelligenza artificiale del Regno Unito e porterà avanti questa partnership industriale di successo”.
Dawn può gestire velocemente molti dati. All’interno degli stack di server si trovano oltre un migliaio di GPU (Intel® Data Center GPU Max Series) e più di 500 unità di elaborazione centrale (CPU – processori Intel® Xeon®). Le GPU suddividono i problemi complessi in attività parallele; ciò è essenziale sia per il “deep learning” ripetitivo necessario nell’intelligenza artificiale, sia per trasformare la grafica in simulazioni di “gemello digitale” realistiche. Le CPU danno a Dawn la velocità e la potenza per il computing ad alte prestazioni.
Nel frattempo, un esclusivo livello software basato su cloud chiamato Scientific OpenStack combina intelligenza artificiale, simulazione e analisi dei dati, mentre la tecnologia di programmazione oneAPI di Intel consente ai ricercatori di lavorare senza problemi su CPU e GPU.
Queste capacità consentiranno a Dawn e Isambard di lavorare insieme, rispondendo all’urgente necessità di un maggiore coordinamento dell’informatica su larga scala nel Regno Unito individuato dal governo britannico. Insieme, Dawn e Isambard diventeranno quella che verrà rapidamente definita una “superstruttura”.
“Il Regno Unito ha bisogno di risorse computazionali all’avanguardia affinché la sua comunità di ricerca possa davvero competere sulla scena globale”, afferma Calleja.
“Al giorno d’oggi, la scienza utilizza la simulazione e l’intelligenza artificiale come una delle sue principali forze trainanti per accelerare il processo di scoperta. Senza il calcolo, senza la capacità dell’intelligenza artificiale, la scienza è frenata. Con queste funzionalità possiamo guidare il processo di scoperta 10 o 100 volte più velocemente che senza di esse.”
Fonte: università di Cambridge
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
