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BOINC: il calcolo distribuito che rivoluziona la scienza

Un programma per chi vuole contribuire alla ricerca scientifica mettendo semplicemente a disposizione il proprio computer.

di Raffaele Farinaro
10 ottobre 2016, 11:01am

Immagine: screenshot

L'introduzione dei computer ha, senza mezzi termini, rivoluzionato la scienza. La possibilità di creare dei modelli realistici che mimano la realtà a livelli molto diversi, da quello subatomico a quello interstellare, ha dato la possibilità di effettuare indagini che anni fa sarebbero apparse folli e sognanti. L'utilizzo di alcuni programmi permette di creare dei veri e propri "laboratori virtuali" nei quali è possibile ripetere lo stesso esperimento, ogni volta con una variabile diversa, nel giro di pochi secondi: risparmio di materiale, tempo e rischi (pensate a un esperimento chimico).

Perché questi modelli ricalchino in modo più realistico possibile la realtà è però necessaria tanta potenza di calcolo. E con il fallimento della legge di Moore, una delle possibili soluzioni e quella della "parallelizzazione", ovvero l'utilizzo di più processori allo stesso tempo per analizzare più efficientemente i dati. È questo il motivo per cui leggete che i nuovi computer—addirittura anche alcuni smartphone—covano dei processori "octa-core": il carico è diviso in ben otto processori separati che comunicano per arrivare ad uno scopo unico—scaricare la batteria del telefono.

Immagine via Wikimedia Commons

Niente, non basta. C'è bisogno di ancora più potenza di calcolo perché i dati vengano elaborati in tempi utili. Si può procedere, appunto, sulla falsa riga della parallelizzazione: invece di distribuire i calcoli su di un solo computer con più processori è possibile direttamente dividere i calcoli su più computer in un processo che è stato battezzato "calcolo distribuito".

Nasce così il software Berkeley Open Infrastucture for Network Computing, per gli amici BOINC, il cui scopo è quello di semplificare il processo diffusione del calcolo distribuito, creando un programma semplice da configurare per tutti quei volontari che vogliano contribuire ai progetti di ricerca disponibili.

Il processo è molto semplice: la prima volta che si avvia BOINC viene chiesto a quali progetti vogliamo aderire: da questo momento tutto avverrà in maniera automatica. Il programma scaricherà in maniera automatica i CLIENT dei progetti selezionati, ovvero i programmi che si occuperanno dell'elaborazione dati.

Screenshot dell'autore

Questa può avvenire "quando si vuole, in generale in ogni attimo durante il quale il PC, e in particolare il processore, non viene utilizzato in nessuna operazione o compito gravoso. Si può utilizzare la potenza di calcolo del proprio computer per elaborare mentre si naviga, si scrive una relazione, si legge la posta e persino mentre si guarda un film. È possibile spegnere il proprio computer in qualsiasi momento, l'elaborazione dei dati si interrompe e riprende automaticamente dal punto in cui si era fermata non appena il PC viene riacceso. L'elaborazione avviene a priorità bassa, il che significa che non si noterà nessun rallentamento del PC in quanto, quando gli altri programmi richiedono l'uso del processore, BOINC "si fa da parte e concede la precedenza."

Attualmente BOINC conta all'attivo 533,545 volontari, 4,525,594 computer, con una potenza di calcolo media giornaliera di di 12.286 PetaFLOPS (dove un FLOPS indica il numero di operazioni in virgola mobile eseguite al secondo dalla CPU, volgarmente quante operazioni numeriche al secondo è in grado di compiere il computer). Per avere un termine di paragone, nel giugno di quest'anno è stato presentato il cinese Sunway TaihLight, il supercomputer più veloce al mondo, con una potenza di calcolo di "appena" 93 petaFLOPS.

Ma quali sono i progetti che stanno sfruttando questa potenza di calcolo?

Una lista completa dei progetti, che possono essere aggiunti autonomamente da università, privati o aziende, èqui. Quelli più popolari, invece, sono questi.

Il primo è SETI@home, il progetto di calcolo distribuito con più seguaci al mondo tanto da ricevere, nel 2001, il riconoscimento del Guinness World Records per il più grande calcolo computazionale della storia. I suoi circa 300mila computer attivi sono alla ricerca di una intelligenza extraterrestre (da cui SETI, search for an extraterrestial intelligence): il suo scopo è quello di analizzare i dati provenienti da alcuni radiotelescopi, in particolare quello di Arecibo (Porto Rico) alla ricerca di pattern regolari nei segnali radio che possano ritenersi prodotti da fonti artificiali, quindi prodotti da una qualche intelligenza aliena, piuttosto che naturali come stelle e radiazione cosmica di fondo. Un po' come sintonizzare una radio su tutte le frequenze cercando il nostro canale: maggiore potenza di calcolo significa una maggiore quantità di frequenze analizzabili.

Attualmente il progetto non ha rilevato nessun segnale ETI (extraterrestial intelligence) ma ha identificato molte posizioni nel cielo dove i picchi di intensità non sono facilmente spiegabili come rumore per ulteriori analisi. Il segnale più promettente è stato annunciato il 1º settembre 2004, la sorgente radio SHGb02+14a. L'astronomo Seth Shostak ha affermato, nello stesso anno, che si aspetta di ottenere un segnale e la prova conclusiva di un contatto alieno tra il 2020 ed il 2025. C'è comunque molto scetticismo attorno al segnale, ma questa è tutta un'altra storia.

Il secondo progetto è climateprediction.net. Se neanche il discorso di Leonardo Di Caprio agli Oscar, oltre a praticamente l'unanimità della comunità scientifica, ti ha convinto che il clima sta cambiando in maniera drastica, magari questo progetto è quello che fa per te. I modelli climatici predicono per il prossimo secolo dei significativi cambiamenti del clima terrestre, ma c'è un ampio margine di incertezza in queste previsioni. Come dovremo comportarci vista questa incertezza?

Una sovrastima della velocità e dell'intensità dei cambiamenti climatici potrebbe inopportunamente destare il panico e portarci a investire enormi risorse finanziarie tentando di evitare un problema che non si dimostrerà poi così grande come ipotizzato. O, al contrario, se i modelli sotto-stimano il cambiamento, potremmo prendere sottogamba il problema pensando che i cambiamenti saranno graduali e tenuti sotto controllo con facilità. Ènecessario valutare l'affidabilità delle previsioni dei modelli climatici, quantificare l'incertezza di queste previsioni.

Lo scopo è quindi quello di effettuare centinaia di migliaia di simulazioni utilizzando i modelli climatici allo stato dell'arte attuale (cioè i migliori sul mercato) variando leggermente le proprietà fisiche dei soggetti in gioco (nuvole, correnti, etc..). Così si otterranno tutti i possibili risultati "causati" dall'incertezza dei parametri in ingresso (tecnica nota come ensemble forecasting). Una volta affinato il modello sarà quindi possibile fare delle previsioni ragionevoli sul clima del Ventunesimo secolo e capire davvero a cosa stiamo andando incontro.

Immagine via Wikimedia Commons

I primi risultati sono stati pubblicati su Nature e mostrano come, con delle modeste variazioni dei parametri all'interno di range plausibili, sia possibile ottenere un aumento della temperatura dovuto alla concentrazione di CO2 nell'aria dai 2 agli 11 gradi centigradi. In generale un aumento oltre i 5°C è considerato catastrofico. Questa incertezza nel modello deve assolutamente quindi essere eliminata nei limiti del possibile per avere una previsione veritiera del nostro futuro.

Mentre quindi climateprediction.net lavora per dipingere il nostro incerto futuro, SETI@home non ha raggiunto il suo scopo principale. Ha dimostrato al mondo però come sia effettivamente possibile, con il contributo dei computer di volontari di tutto il mondo, fare delle elaborazioni dati che nessun centro di ricerca sulla Terra può sognare. Tra l'altro, l'attuale piattaforma BOINC è uno sviluppo dell'originale piattaforma di SETI@home, quindi è un progetto che merita tutta la nostra gratitudine.

È un modo per avvicinare le persone alla ricerca scientifica, di renderci partecipi di una "scoperta e per eleggere democraticamente, in un certo senso, quali progetti far sviluppare e quali no, senza guardare ai finanziamenti del governo o dei privati. È anche un modo per sfruttare davvero quel miracolo della tecnologia che è il dispositivo con il quale state leggendo questo articolo (sì, BOINC è disponibile anche per smartphone e tablet).

Per dirla alla Captain America, "divided we fall, togheter we rise."

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