Il progetto SCoPE
Realizzazione, risultati e prospettive
(20 maggio 2009)
www.scope.unina.it
Il progetto, le aree di ricerca e le strutture partecipanti
Risultati scientifici
Interoperabilità dei progetti 1575/2004
Grisù e le nuove comunità
Modello organizzativo del Data Center SCoPE
Programmazione 2007-2013
The SCoPE project and Research Areas
SCoPE : Sistema Cooperativo distribuito ad alte
Prestazioni per Elaborazioni Scientifiche
Multidisciplinari
Objectives:
 Innovative and original software for fundamental scientific research.
 High performance Data & Computing Centre for multidisciplinary
applications.
 Grid infrastructure and middleware INFNGRID LCG/gLite:
 Compatibility with EGEE middleware
 Interoperability with the other three PON 1575 projects and SPACI in
GRISU’
 Integration in the Italian and European Grid Infrastructure.
Research areas:





19
128
35
28
MicroCosmos and MacroCosmos Sciences
Materials and Environment Sciences
Life Sciences
Social Sciences
Middleware
Departments and Research Institutes
Professors and Senior researchers from
UniNA + many others from Research
Institutes (INFN, ecc.)
Young researchers (assegni di ricerca)
Technology specialists (co.co.co.)
4
Struttura
centrale
(CSI)
Area delle
Macro
Scienze
MM.FF.NN.
Scie
M.F
area
(Campus – GRID)
nze .N.
Dip.
di Scienze
Fisiche
Area delle Scienze
Ingegneristiche
Dip.Informatica
e Sistemistica
Dip. di
Matematica
Dip. Ingegneria
Elettrica
Dip. di
Chimica
Dip.Ingegneria
Elettronica e delle
Telecomunicazioni
Area delle Scienze
Macro e
Mediche
Medi
area
Biotecnologie
cina
Dip.
Biochimica e
Biotecnologie
mediche
Centro di
Eccellenza per lo
Studio delle
Malattie
Genetiche
Area delle
Macro
Scienze
Medi
area
Umane
e Sociali
cina
Dip.
MatematicoStatistico
Dipartimento
di Sociologia
Organizzazioni
esterne
ma collegate
INFN
Sezione di
Napoli
CNR-SPACI
Napoli
INFM Unità
di Napoli
CEINGE
Dip.Ingegneria
Chimica
Dip. di Analisi
e Progettazione
Strutturale
CRIAI
ARPA
CINI
Astrophysics group
• Search for gravitational waves
• Data mining and visualization of astronomical massive data sets
http://virgo.infn.it and http://voneural.na.infn.it/
Particle Physics (subnuclear physics) group
Study of proton-proton interactions at the CERN-LHC Large Hadron
Collider and implementation of a Tier2 Data Centre for large scale,
data intensive Montecarlo simulations and data analysis
http://lxatlas.na.infn.it
Bioinformatics group
Study of genome sequence analysis and image analyses for
cell motility and other dynamical phenomena
http://bioinfo.ceinge.unina.it/ and http://www.ceinge.unina.it
Numerical Mathematics and Scientific computing group
Study and design of algorithms for distributed scientific applications
and implementation on HPC infrastructures
Statistical mechanics group
Study of applications of statistical mechanics to complex systems
http://smcs.na.infn.it/
Electromagnetism and Telecommunication group
Study of em propagation models in built-up areas and fields
measurement in the Napoli metropolitan area
http://www.diet.unina.it/gruppoCE/GruppoEl.html
Material Science group
Study of molecular dynamics and optical properties of nanostructured materials
http://lsdm.campusgrid.unina.it/ and http://www.nanomat.unina.it
Soft Matter Engineering group
Study of models and simulations of the flux of micro-structured
materials http://wpage.unina.it/p.maffettone
8
The SCoPE Data Center
33 Racks (of which 10 for Tier2 ATLAS)
304 Servers for a total of 2.432 processors
170 TeraByte storage
3 remote sites:
Fac. Medicine: 60 TB storage
Dep. Chemistry: 8 server multiCPU (4-proc)
Dep. Math.: 16 server multiCPU (2-proc 4-core)
INGRESSO
Matematica
Fisica
Chimica
Biologia
Data Center
SCOPE
Control Room
SCOPE
SCoPE DataCenter & Tier2 ATLAS
Cabina elettrica
1 MW
Control room
Data Center
Low latency network
2432 core
Chem.
Med.
The Metropolitan Network
S.CO.P.E.
DSF
INFN
GARR
2.4 Gb/s
DiCh
i
GARR
Centro
S.CO.P.E.
Control room
S.CO.P.E.
CAMPUS GRID
Monte Sant’Angelo
Fibra
ottica
DMA
C.S.I
.
Cabina elettrica
G.E. 1 MW
Dipartimento di
Scienze Fisiche
Sezione INFN
Results from Material Sciences
(Dip. Ingegneria Chimica – Dip. Matematica e Applicazioni)
SUSPENSION OF PARTICLES IN LIQUIDS
Intensive simulations in 2D & 3D FEM
Motivation
Newtonian Fluid
•
•
•
Suspensions of particles in liquids are a class of materials
relevant in a huge variety of applications, e.g. Polymer
melts with fillers, Biomedical materials, Food, Cosmetics,
Detergents
This variegate spectrum is due to the differences in
particle concentration, mechanical properties, shape, and
size.
Particles suspended in viscoelastic media are known to
develop structures when sheared at sufficiently high
shear rates.
Aim
Characterize the flow behavior of dilute and
semidilute suspensions of rigid spheres in viscoelastic
media in confined geometries.
Non Newtonian
Fluid
Results from Material Sciences
(Dip. Scienze Fisiche)
From single-particle energy levels  Tight-Binding sw package to study
optical properties (absorbance, reflectivity, refraction index,
photoluminescence) of semiconductor nanocrystals vs. shape and
dimensions. Intensive computing and RAM requirements (10^3-10^5 rows
matrix diagonalization) .
Nanocrystal (real)
Nanocrystal (model)
3 nm
Tight Binding = wave functions as linear
combination of atomic orbitals.
Results from Material (and Life) Sciences
(Dip. Chimica)
Computational modelling of molecular and supra-molecular systems
Problematic areas:
• large non periodic systems:
-- Nanoparticles
-- biomacromolecules
-- “defects” of materials
Soft Matter
Application (example)
Dynamic ADMP (Atom centered Density Matrix
Propagation) / ONIOM (Our own N-layered Integrated
molecular Orbital + Molecular Mechanics) on ionic
channel of the gramicidine A.
In ADMP the electronic degrees of freedom have a
“unreal” mass and propagate from step to step.
Results from Material & Environment Sciences
(Dip. Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni)
P.zza Plebiscito
Palazzo Reale
Study of the environmental impact of e.m. field
Real-time forecast of the e.m. field on the
metropolitan area (Napoli)
 Numerical solvers for the optimization
of planning of wireless mobile phones
networks.
 Interpolation on the metropolitan area
of the e.m. exposure, starting from a
limited number of sensors.
 Application to a project for a callcenter for public information
Livello
del campo
Livello
del campo
17
Results from Life Sciences
(Fac. Medicine & CEINGE - Biotecnologie Avanzate)
Large DataBase for genomic sequences of bacteria, vertebrates,
trees.
Applications CPU & Data intensive:
• Identification and characterization of nucleotide sequences
H. Sapiens
M. Musculus
CSTs
DG-CST (DISEASE GENE CONSERVED SEQUENCE TAGS), A DATABASE OF HUMAN–MOUSE
CONSERVED ELEMENTS ASSOCIATED TO DISEASE GENES.
More than 60.000 sequences identified associated to diseases.
Applications CPU & Data intensive:
• Gene mining
Cromosoma 21
Lunghezza trascrittoma (bps)
Geni codificanti proteine
299
Pseudo-geni
26
Geni codificanti ncRNA
39
Frammenti di sequenza
291,589
Processi
Large DataBase for
genomic sequences of
bacteria, vertebrates, trees.
14,609,025
1,167
Results from Middleware for applications
(Dip. Matematica e Applicazioni)
Problem Solving
Environment
MedIGrid
Grid-aware HPC for
medical images:
management,
processing, visualization
Multilevel adaptive
algorithms on MP
multicore architectures
20
Results from MacroCosmos Sciences
(Dip. Scienze Fisiche & INAF - Istituto Nazionale di Astrofisica)
Virtual Observatory: objective: federation and interoperability of worldwide
astronomical data archives according to the standards of the International
Virtual Observatory Alliance (IVOA).
Large astronomical surveys (from 100 TB to 1000 TB) requirements: patterns,
trends etc in high dimensionality parametric spaces.
VO-Neural Project
Implementation of a web application (WA), of Data Mining and
visualization methodologies for complex scientific data in
distributed systems.
WA is intended to be a service for both astronomical and bioinformatic
international communities.
S.Co.P.E. at Caltech
DAME – Data Mining
& Exploration
Applications:
•Astrophysics
•Biology e Bioinformatics
• Enterprises
http://nesssi.cacr.caltech.edu/dmtest/index.html
International Collaboration :
•Università Federico II
•INAF - Napoli
•Caltech
•Pennsylvania State University
•Pune IUCAA - India
Results from Gravitational waves research
(Dip. Scienze Fisiche &
INFN – Istituto Nazionale di Fisica Nucleare)
VIRGO interferometer at Cascina (PI)
DATA INTENSIVE ALGORITHMS
TO SEARCH FOR
GRAVITATIONAL WAVES
MORE THAN 1 TB /day
to be analyzed
Adaptive Filters for Detection of
Gravitational Waves in Virgo
Signals from:
- periodic systems (Pulsar)
- coalescent binary systems (Chirp)
- impulsive systems (Burst)
A Grid-based Evolution of Merlino
(Static Matched Filter Technique)
A Genetic Parallel Evolution of the
Price's Controlled Random Search
Algorithm
VERY LOW SNR (SIGNAL to NOISE RATIO)  HIGH COMPUTATIONAL CHALLENGE
Results from Subnuclear Physics @CERN-LHC
(Dip. Scienze Fisiche & INFN)
•
•
•
•
Large Hadron Collider (proton-proton interactions)
Centre of mass energy: 14 TeV
Accelerator circumference: 27 km
Physics objectives:
– Particle physics in the TeV energy domain
– Search for Higgs boson
– Search for Physics Beyond the Standard Model
(supersimmetry etc.)
– Precision measurements for konwn (and unkown)
physics.
Napoli in exp.ATLAS e CMS









CMS
Bunch crossing every 25 ns  rate 109
Hz
25 interactions/b.c.
High granularity detectors:
 108 electronic channels
 event size ~1 MB
Input data rate: 1PB/s !
But only ~100 MB/s to tape.
High selectivity trigger system
(rejection power 107 )
Max\size of single files 2 GB, 16k
files/day  10 TB/day !
p
LHCb
ALICE
ATLAS
p
First events at the LHC
(10-09-2008)
Reconstructed events with
HPC & Grid computing
ATLAS
37 nations
167 institutions
2000 scientists
46 m
Quadro sintetico
Scienze del
Scienze dei
Microcosmo e
Materiali e
Scienze della del
dell'Ambiente Vita
Macrocosmo Middleware
doc./ric.
pubb.07-08
2006
2007
2008
ore
6
92
552
128
70.656
18.944
25.483
25.648
70.075
38
108
4.906
7.777
7.290
19.973
42
121
5.478
8.641
9.293
23.412
mesi/uomo
ore/mese
ore/uomo
doc./ric.
ore totali
PREVENTIVO
ore 2006
ore 2007
ore 2008
ore totali
CONSUNTIVO
19
89
4.220
3.805
3.911
11.936
30
97
4.340
5.260
5.154
14.754
costo medio orario
€ 52,26
TOTALI
129
415
18.944
25.483
25.648
70.075
Interoperabilità
fra i Progetti dell’Avviso 1575/2004
ESPERIENZA VIRTUOSA E DI
SUCCESSO NEL MERIDIONE
NASCITA DI UNA NUOVA
COMUNITA’ SCIENTIFICA
STIMABILE NELL’ORDINE DI
800 TRA RICERCATORI E TECNICI
5 DOCUMENTI STRATEGICI
E TECNICI OPERATIVI
15 TECNICI DEDICATI
ALL’INTEROPERABILITA’
Programma Operativo Nazionale 2000-2006
“Ricerca, Sviluppo Tecnologico, Alta Formazione”
10.000 UNITA’ DI CALCOLO
Asse II “Rafforzamento e apertura del sistema scientifico a di alta formazione meridionale”
Misura II.2 “Società dell’Informazione per il Sistema Scientifico Meridionale”
Azione a – Sistemi di calcolo e simulazione ad alte prestazioni
Obiettivi della comunità “1575”
Favorire una proficua sinergia
finalizzata a delineare la struttura
portante della infrastruttura GRID
meridionale che presenti fattori
manifesti o latenti di attrattività
per il sistema industriale
Aprire ad altri soggetti che operano
in ambito GRID per promuovere un
proficuo interscambio nazionale ed
internazionale


Promuovere e favorire gli elementi
di novità:
Nuove comunità di utenti scientifici
Grid Computing anche per il
mondo produttivo e e sociale
E’ stata creata una community e sono state gettate le basi per le prossime sfide della
programmazione 2007-2013:
LA REALIZZAZIONE DELL’e-INFRASTRUTTURA ITALIANA APERTA ALLA COLLABORAZIONE
E ALL’INTERAZIONE TRA RICERCA E IMPRESA
Strategia di Interoperabilità
GARR
GARR
Altri Enti e realtà
PI2S2
Il nuovo soggetto: GRISU’
L’attività di interoperabilità proseguirà al termine dei progetti
dell’Avviso 1575 nell’ambito di una struttura organizzativa
denominata GRISU’ (Griglia del Sud). Coord. Prof. Roberto
BARBERA (UniCT & INFN-CT)
Protocollo di Intesa stipulato tra
i soggetti attuatori dei quattro
progetti (ENEA, UniNA Federico II,
Cons. COSMOLAB, Cons. COMETA)
e il Cons. SPACI (già fruitore del
progetto omonimo cofinanziato
tramite l’Avviso 68 della
programmazione 2000-2006).
 Ricerca, Sviluppo e Innovazione
 Cooperazione con le Imprese
 Integrazione nell’Italian Grid Infrastructure e nell’European G. I.
GRISÙ strategy for interoperability
OGNI INFRASTUTTURA
IMPLEMENTA ALMENO UN
SITE (CE+SE+WN) E REPLICA
I SERVIZI COLLECTIVE
1 VO PER PROGETTO
cybersar
cresco
cometa
scope
spaci
SERVIZI COLLECTIVE
E CORE DI OGNI
INFRASTRUTTURA
SUPPORTANO
TUTTE LE VO
SPACI
GARR
GARR
Altri Enti e realtà
PI2S2
The Italian e-Infrastructure
(interoperable with common communication protocols)
The
Network
FESR
The Grid
The “ultimate” Network of GRISÙ
32
GRISÙ interoperability and
EGI - European GRID Infrastructure
IGI
Italian GRID Infrastructure
PORTICI
GRISU’
BRINDISI
LECCE
TRISAIA
Beyond SCoPE
•
•
•
•
•
High bandwidth network and services
Cloud computing Scientific and
industrial applications
High Performance Computing e Grid
Computing.
Data Mining
Development of algorithms and
software
•
•
•
•
•
•
•
Aerospace, Automobile
Telecommunications, Informatics,
Electronics
Security
Chemistry, Farmaceutica,
Biomedicine
Transportation e logistics
Finance and Economy
Services for Public
 New scientific communities
 Cooperation with Industry
 Interoperability and Integration in GriSù  IGI  EGI
Dissemination, Events and Open Days
Le idee della ricerca al lavoro (26-27/2/08)
Networking Day (15/4/08)
Incontro con le imprese (16/4/08)
Italian e-science2008 (27-29/5/08)
Inaugurazione di SCoPE (1/12/08)
Workshop finale progetti 1575 (10-12/2/09)
Open Day “Bio-immagini e Grid” (11/03/09)
Open Day “Scienza e Ingegneria dei materiali e Grid” (3/04/09)
The GRISÙ Virtual Laboratories
VLab
site(s)
VLab
site(s)
VLab
site(s)
VLab
site(s)
• Virtual Laboratories already identified:
–
–
–
–
Medical Images
Materials’ Science and Engineering
Engineering and SMEs
Energy and climate
Virtual organizations su SCoPE
• Unina – Utenti dell’Ateneo Federico II
• cybersar – Utenti del consorzio COSMOLAB
• cresco – Utenti ENEA
• pi2sp – Utenti del consorzio COMETA
• ATLAS – Utenti della collaborazione ATLAS
• spaci – Utenti consorzio SPACI
• matisse –Utenti Scienze ed Ingegneria dei materiali
• egee – Utenti delle VO del progetto EGEE III
Risorse di SCoPE disponibili per EGEEIII:
Calcolo: 256 CORE shared tra le VO
Spazio Disco: 22 TB shared tra le VO in soluzione DPM
VO supportate:
Infngrid, ops, dteam, argo, babar, bio, biomed, cdf,
compassit, compchem, cyclops, d4science.researchinfrastructures.eu, egrid, enea, enmr.eu, esr, glast.org,
gridit, inaf, libi, lights.infn.it, magic, omiieurope, pamela,
planck, theophys, tps.infn.it, virgo, VObs, zeus, alice,
atlas.
Data Center SCoPE e modello organizzativo
Il Data Center SCoPE, realizzato tramite il progetto SCoPE, è stato affidato dal
Rettore in gestione operativa ordinaria al CSI (Centro di Servizi d’Ateneo) e ad
un Comitato scientifico (coordinato da L. Merola) che ne individua le linee
strategiche e di indirizzo e che, altresì, ne favorisca e promuova l’utilizzo per
specifici programmi di ricerca e di sviluppo di interesse per altri Enti, pubblici e
privati.
Al progetto SCoPE hanno collaborato, in modo significativo, ricercatori, tecnologi
e tecnici delle unità locali di Enti di ricerca quali l’INFN ed il CNR che al Data
Center continueranno a contribuire fattivamente, soprattutto per le parti che
riguardano le singole attività ed i progetti di loro interesse.
Comitato scientifico
L. Merola
G. Ventre
V. Barone
A. Quarteroni
Gestione operativa
M. Fario
G. Barone
Gestione
Operativa
F. Palmieri
Fario (CSI)
M. Pollio
COMITATO
SCIENTIFICO
Coord. Merola
Gruppo
Tecnico
Trasversale
Barone (CSI)
Progetti
(Grisù, IGI,
EGEE, ATLAS,
Imprese, …)
Gruppo Tecnico
Trasversale
G. Barone
Contributors
Personale CSI
….
Progetti
L. Merola (GRISU’)
G. Laccetti (EGEE)
G. Russo (IGI)
G. Carlino (ATLAS)
G. Ventre (Imprese)
G. Longo, D. Ninno,
G. Franceschetti,
G. Marrucci,
O. Crescenzi,
G. Paolella,
.…
Contributors
INFN Napoli:
Giuseppe PASSEGGIO (Impianti),
Paolo LO RE (Reti),
Silvio PARDI (Middleware Grid, Interoperabilità Grisù, IGI, EGI),
Alessandra DORIA e Gianpaolo CARLINO (riferimenti per VO ATLAS)
Paolo MASTROSERIO (riferimento per INFN-GRID).
Progetto EGEE:
Vania BOCCIA (EGEE, Middleware Grid, Interoperabilità Grisù, IGI, EGI, middleware
applicativo, supporto utenti di tipo specialistico)
Diego MONORCHIO (EGEE)
CNR:
Maria GELLI, Maria RISPOLI (Middleware Grid, Interoperabilità Grisù, IGI, EGI, middleware
applicativo, supporto utenti di tipo specialistico) e Luisa CARRACCIUOLO (idem come sopra
+ riferimento siti remoti SCoPE Matematica e Chimica).
Dip. Informatica e Sistemistica:
Pasquale DI GENNARO (Middleware di sistema)
Antonio ACETO (Networking)
Dip. Scienze Fisiche:
Giuseppe Longo (riferimento per VO Astro)
Polo Medicina:
Gianluca BUSIELLO (Gestione sistema, Middleware e riferimento sito remoto SCOPE
Medicina)
Mauro PETRILLO (Gestione middleware, dati e applicazioni bioinformatica e riferimento sito
remoto SCOPE Medicina)
L’ Unione Europea e le “Regioni della Convergenza”
• Ciascun Paese implementa
delle politiche economiche di
sostegno definite da documenti strategici che vengono
concordati con la Commissione Europea all’inizio di
ogni Programma Quadro
• In Italia, le linee guida per il
sostegno alle Regioni della
Convergenza sono state
stabilite dal “Quadro Comunitario di Sostegno 20002006” e dal “Piano Strategico
Nazionale per la politica
regionale di sviluppo 20072013”
Il PON 2007-2013
(Generalità e Assi)
• Il PON 2007-2013 “Ricerca e Competitività” ha
l’obiettivo di cofinanziare progetti nei campi della
ricerca scientifica, dello sviluppo tecnologico, della
competitività e dell’innovazione industriale nel periodo
di programmazione 2007-2013.
• Il PON 2007-2013 si articolerà su 3 Assi prioritari:
– Asse I: Sostegno ai mutamenti strutturali
– Asse II: Sostegno all’innovazione
– Asse III: Assistenza tecnica e attività di accompagnamento
• Le azioni dell’Asse I e dell’Asse II saranno tra loro
fortemente correlate ed interdipendenti
Il PON 2007-2013
(gli Obiettivi, le Azioni… e Grid)
L’azione prevede lo sviluppo del GRID computing su una dimensione pluriregionale, in
modo da assicurare il rafforzamento di un’infrastruttura strategica per la soluzione al problema del
calcolo distribuito e ad alte prestazioni attraverso l’accesso a risorse di diversa natura (calcolatori,
banche dati, librerie software). Ciò consentirà di valorizzare gli interventi realizzati nella
programmazione 2000-2006 e di integrare quanto verrà compiuto attraverso la politica nazionale
per le aree sottoutilizzate. Gli interventi sono mirati ad accrescere il ruolo che gli attori scientifici
dell’obiettivo Convergenza potranno svolgere nell’ambito del VII Programma Quadro.
Obiettivi strategici della comunità Grisù
A) Potenziamento di
reti tra strutture di
ricerca e completamento
dell’ e- Infrastruttura
meridionale
B) Servizi di
computing
basati
su Grid
C) Applicazioni general
purpose, nuovi
frameworks applicativi,
nuove modalità di
accesso a archivi digitali
D) Nuovi sistemi di
calcolo ad alte
prestazioni
’
CONTINUITA’ DELLA
PROGRAMMAZIONE
2000-2006
Nuova sfida:
SUPPORTO ALLA COMPETITIVITA’
DELLE IMPRESE
ATTRAZIONE DEL MONDO
PRODUTTIVO
POTENZIAMENTO
DOMANDA/OFFERTA
SUL TERRITORIO
Reti e network di cooperazione fra Ricerca e Imprese