Studiare le stelle da casa

Dopo qualche giorno di assenza, purtroppo, al contrario di quello che pensano i catastrofisti, il mio lavoro non e’ solo fare disinformazione attraverso questo blog, eccoci di nuovo qui con un articolo di scienza pura.

Come avrete sentito, solo qualche giorno fa, e’ stato inaugurata a Padova la macchina acceleratrice “Prima”. Per dirla semplicemente, si tratta di una macchina in grado di accelerare atomi fino ad energie di 16 milioni di Watt. Questa importante infrastruttura nasce da una collaborazione tra l’Istituto di Fisica Nucleare, il CNR, l’ENEA, l’Universita’ di Padova e le Acciaierie Venete.

Ovviamente parliamo di un grande successo per la ricerca italiana. Pensandoci bene, mi rendo pero’ conto di come un successo di questo tipo, possa risultare abbastanza difficile da capire per un non addetto ai lavori. Detto in altri termini: a cosa serve questa macchina?

Molto semplice, come spesso avviene, ricerche di questo tipo sono assolutamente multidisciplinari e possono servire per condurre studi su tantissimi settori. Tra questi, quello che sicuramente interessa di piu’ e’ senza dubbio lo studio della fusione nucleare controllata.

Di fusione abbiamo parlato in diversi articoli:

– Sole: quanta confusione!

– La stella in laboratorio

mostrando come questo sia il processo attraverso il quale le stelle, e ovviamente il nostro Sole,  producono energia.  Purtroppo, ad oggi, non siamo ancora stati capaci di sfruttare la fusione per produrre energia per noi. Per essere piu’ precisi, ancora non siamo riusciti a realizzare un processo in cui l’energia necessaria per attivare la fusione sia maggiore di quella che poi viene data all’esterno. Detto in parole povere, ad oggi abbiamo ancora un processo “in cui ci rimettiamo”, cioe’ diamo piu’ energia rispetto a quella che otteniamo in uscita.

Una delle chimere della fusione nucleare, e’ senza dubbio il discorso della fusione fredda e di tutti quei processi che gli ruotano intorno. Anche di questi processi abbiamo parlato diverse volte in articoli come questi:

– E-cat meraviglia o grande bufala?

– Ancora sulla fusione fredda

Come sapete bene, e come potete verificare leggendo gli articoli citati, la nostra posizione non e’ mai stata di chiusura totale verso queste ipotesi solo che, e su questo non ho mai trovato una smentita reale e credibile, ad oggi non ci sono le prove necessarie per dimostrare scientificamente che queste soluzioni, ed in particolare l’E-Cat, siano in grado di funzionare.

Fatta questa doverosa premessa, torniamo a parlare di PRIMA.

Come visto negli articoli specifici sulla fusione, la ricerca ufficiale sta investendo molte risorse in alcuni progetti europei e mondiali di notevole portata. Tra questi, ruolo d’eccezione spetta sicurametne ad ITER. Come sapete bene, si tratta di un primo prototipio su grande scala di un reattore a fusione per ricerca. Tra alti e bassi, la costruzione di questa importante pietra miliare nella storia della fusione sta procedendo in Francia e speriamo possa portare i risultati sperati ed in grado di aprire le porte alla produzione di energia mediante la fusione mnucleare.

La macchina PRIMA studiera’ proprio la parte di, definiamola cosi’, iniezione di ITER, cioe’ il fascio neutro che servira’ per riscaldare il plasma fino alle temperature richieste per far partire la fusione. Oltre ad ITER, la macchina servira’ anche per studiare i materiali piu’ adatti per contenere la fusione e che saranno un punto molto importante anche nella costruzione del primo reattore, chiamato IFMIF, che sara’ costruito in Giappone.

Prima di chiudere, vorrei invitarvi ad una riflessione. Permettemi di riprendere quanto detto un po’ di tempo fa in questi articoli:

– Perche’ la ricerca: scienza e tecnologia

– Perche’ la ricerca: economia

Prima di tutto, gli studi condotti per la costruzione dei magneti di LHC sono stati fondamentali per la costruzione dei magneti da utilizzare su PRIMA. Questo solo per dire come la ricerca non e’ mai fine a se stessa ma consente di farci applicare studi condotti su un particolare settore a qualcosa di diverso, non dovendo ogni volta ripartire da zero. Oltre a questo, per parlare invece di economia, la costruzione di macchine di questo tipo mettono sempre in moto un’economia assolutamente non trascurabile. Cosi’ come e’ avvenuto per LHC, anche per PRIMA ci sono state importanti commesse per le aziende italiane non solo legate alla costruzione di magneti. Questo solo per ribadire come i soldi dati alla ricerca rappresentino sempre un investimento. Purtroppo, il tasso di interesse o i tempi per poter maturare questo tasso non sono sempre scritti o sicuri anzi, lasciatemi dire, possono maturare in settori completamente diversi.

”Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.

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ENI green data center

Nella sezione:

– Hai domande o dubbi?

un nostro affezionato lettore ci ha chiesto delucidazioni sulla nuova struttura chiamata ENI green data center che e’ stata inaugurata solo pochi giorni fa.

Come spesso accade in Italia, la filosofia e la costruzione, non che la messa in opera, di questo importante polo e’ passato molto in sordina con solo pochi articoli su qualche giornale specializzato. Questo e’ completamente assurdo. La struttura rappresenta un’innovazione tecnologica molto importante a livello mondiale e meriterebbe, molto piu’ di tante notizie che riempono i giornali tutti i giorni, di essere pubblicizzata.

Per sapere qualcosa su questo centro, potete andare direttamente sul sito internet:

– ENI green data center

Se proprio devo essere sincero, e questo e’ in primis un monito per i tecnici dell’ENI che hanno poco curato questo aspetto, leggendo il sito non e’ chiaramente comprensibile lo scopo di questo centro. Forse, anche questo aspetto ha contribuito alla poca pubblicita’ ricevuta sui giornali.

Cerchiamo dunque di supplire a questa mancanza di informazioni provando a spiegare quali sono gli obiettivi e l’eccellenza di questo centro tutto made in Italy.

L’ENI green data center sorge vicino Pavia, precisamente a Ferrera Erbognone, ed e’ stato inaugurato il 29 ottobre. Questa data cade poco meno di due anni dopo la posa della prima pietra. Anche questa informazione ci fa capire quanto il progetto sia stato seguito in maniera puntuale e rapida.

A cosa serve?

Questa e’ ovviamente la domanda principale. Per capirlo, cerchiamo di fare un ragionamento insieme. Ogni qual volta si richiede un calcolo molto complesso, e’ necessario disporre di una potenza di calcolo notevole. Con questo intendo dire che per risolvere algoritmi complessi e lunghi e’ necessario disporre di tanti pc equivalenti che lavorano insieme. Ovviamente, la cosa sarebbe possibile anche con il vostro pc di casa, ma, probabilmente, richiederebbe anni e anni per poter arrivare ad un risultato. Bene, per velocizzare il tutto, si utilizzano dei potenti centri di calcolo che racchiudono molte CPU, cioe’ molti processori, che lavorano in simultanea dividendosi il lavoro. In questo modo, potete raggiungere lo stesso risultato in brevissimo tempo. Questo e’ quello che viene indicato come potenza di calcolo.

Chi utilizza questi centri?

In realta’, questi speciali centri tecnologici trovano applicazione in tantissimi settori anche profondamente diversi tra loro. Qualche esempio? Nella fisica, scusate l’esempio scontato ma e’ quello che conosco meglio, i centri di calcolo servono per poter analizzare i dati, impacchetarli secondo una struttura facilmente leggibile dall’utente finale ma anche per lavorare in tampi velocissimi per produrre quello che viene chiamato un “trigger”, cioe’ decidere in tempo reale se un particolare evento raccolto e’ interessante per la fisica, e quindi deve essere registrato, oppure no. Come potete facilmente capire, per concludere queste operazioni in tempi brevissimi, magari quelli delle collissioni che avvengono dentro gli acceleratori, e’ necessario disporre di tanti processori.

Altri campi di utilizzo: l’economia, la biologia, la geologia, la matematica, l’ingegneria e cosi’ via. In che modo? Per fare qualche esempio, in economia per simulare un modello economico nel tempo, in biologia per studiare le risposte, ad esempio, del DNA in cui vengono inclusi tutti i costituenti ed e’ necessario simulare in dettaglio le interazioni con diverse molecole. In ingegneria per simulare la risposta di una struttura, anche molto grande e complessa, alle varie sollecitazioni che incontrera’ durante il suo utilizzo.

Come potete facilmente capire, questi centri di calcolo risultano fondamentali per studiare diversi scenari molto complessi e proprio per questo motivo la ricerca in questo settore ha mostrato un boom negli ultimi anni senza precedenti.

Ma a cosa serve questo centro allENI?

Una volta capita l’importanza di un centro di calcolo all’avanguardia, e’ lecito chiedersi a cosa serve questo tipo di struttura ad un’azienda come l’ENI. Quello che molto spesso i non addetti ai lavori ignorano e’ che le grandi societa’, appunto come l’ENI, hanno sempre un reparto di ricerca e sviluppo all’avanguardia nei propri settori, fondamentali proprio per mantenere un ruolo di leader sul mercato.

Nel caso dell’ENI, al nuovo data center sara’ inviata tutta la richiesta informatica dell’azienda. Oltre ai sempli algoritmi per l’elaborazione delle bollette, il centro sara’ specializzato nello studio di settori strategici per l’azienda.

Solo per fare un esempio, prima di procedere ad una trivellazione in un punto, visto l’enorme costo che operazioni di questo tipo comportano, e’ importante essere sicuri che il punto sia quello buono. Per capire questo aspetto, e’ necessario simulare in dettaglio la regione o comunque la zona di terreno in esame. Per fare questo si devono costruire modelli, cioe’ algoritmi, quanto mai simili alla realta’, che includono dunque tantissimi aspetti del terreno e delle sue relazioni con il restante ecosistema. Anche in questo caso, per analizzare strutture di questo tipo e’ necessario manipolare tantissimi dati con algoritmi complessi e che richiedono dunque una notevole potenza di calcolo.

Bene, e cosa ha di speciale il nuovo green data center?

Piu’ che rispondere a questa domanda, che comunque affrontiamo, e’ importante chiedersi perche’ compare l’aggettivo “green” nel nome.

Pensate al vostro pc, come sapete benissimo all’interno sono presenti una serie di ventole e dissipatori. A cosa servono? Ovviamente per raffreddare il processore, la scheda video, l’alimentatore, ecc. Questo perche’ abbiamo elementi che scaldano molto quando vengono utilizzati al pieno delle prestazioni. Il calore e’ nemico dell’elettronica che per poter funzionare richiede un intervallo di temperature che non sia troppo alto.

Bene, allo stesso modo, pensate quanto faticoso possa essere eliminare, cioe’ portare via, il calore da un centro di calcolo in cui sono presenti tantissime CPU.

Per darvi una stima, nel green data center dell’ENI sono presenti qualcosa come 60000 CPU.

Per poter far girare le ventole che servono al raffreddamento, dovete spendere dell’energia. Rapportate sempre questi ragionamenti ad un centro di calcolo e capite subito come questi numeri divengono immediatamente importanti. Sempre per fare esempi pratici, durante l’anno scorso la quantita’ di CO2 emessa solo dai centri di calcolo presenti nel mondo, che e’ direttamente rapportata alla richiesta di energia per il funzionamento, e’ stata il 2% del totale, paragonabile quindi a quella emessa dagli aerei civili utilizzati per il trasporto. Detto questo, capite bene che non stiamo parlando di numeri trascurabili.

L’ENI green data center rappresenta un record mondiale per il basso consumo di energia con potenze che arrivano fino a 50 KW per metro quadrato occupato. Il vero record sta poi nell’utilizzo che viene fatto di questa energia. Se si calcola il rapporto tra energia consumata e quella spesa per far funzionare la parte dei processori, dunque se volete una sorta di efficienza del sistema, si trovano numeri davvero innovativi. Per la maggior parte dei centri di calcolo al mondo, questo rapporto si aggira intorno a 2 o 3. Questo significa che se vi serve 1Kw per i computer, ne dovete richiedere fino a 3 dalla rete perche’ servono per il raffreddamento o per altri elementi che comuqnue disperdono energia non lasciandola ai sistemi informatici veri e propri. Per l’ENI green data center, questo rapporto vale solo 1.2 rappresentando un record mondiale assoluto raggiunto in Italia.

Uno degli aspetti piu’ importanti e che contraddistingue il nuovo centro dai suoi predecessori e’ la presenza di alti camini sugli edifici. Questi sono molto importanti per permetter la ventilazione forzata dell’aria e dunque risparmiare energia elettrica.

L’enorme potenza di calcolo sviluppata e le migliorie tecnologiche fatte hanno anche richiamato diverse societa’ private ed istituzioni universitarie. Da queste sono poi nate delle collaborazioni internazionali con enti accreditati che non fanno altro che sostenere ed incentivare la ricerca italiana in questo settore.

Concludendo, l’ENI green data center in provincia di Pavia rappresenta un notevole passo avanti nello sviluppo e nella ricerca sui centri di calcolo. Purtroppo, l’inaugurazione di questo innovativo polo e’ passata un po’ in sordina tra i vari media che non hanno assolutamente pubblicizzato la struttura dando la giusta enfasi che meritava. Come visto, potenze di calcolo notevoli richiamano collaborazioni da istituzioni sia private che pubbliche favorendo ancora di piu’ la collaborazione scientifica ed in progressi che solo in questo modo potrebbero essere portati avanti.

 

”Psicosi 2012. Le risposte della scienza”, un libro di divulgazione della scienza accessibile a tutti e scritto per tutti. Matteo Martini, Armando Curcio Editore.