"La collaborazione non è mai stata così stretta come oggi".

L'ETH News: Signor Sch?r, che ricordi ha dei primi tempi del CSCS?
Christoph Sch?r: Fin dall'inizio abbiamo calcolato i nostri modelli climatici al CSCS. In precedenza, ho utilizzato il centro di calcolo dell'ETH per la mia tesi di dottorato. Quando il CSCS è stato fondato, gli utenti erano scettici. Ancora oggi, la decisione di collocare il CSCS in Ticino deve essere intesa soprattutto in una prospettiva federale. Un centro di calcolo non è costituito solo da un supercomputer, ma anche da molte persone esperte alle quali vogliamo avere un accesso senza complicazioni. Inizialmente, questo sembrava più facile da ottenere nel centro di calcolo dell'ETH.

Le preoccupazioni sono state confermate?
Noi ricercatori abbiamo sempre lavorato bene con il CSCS. Nel 1999 abbiamo realizzato il nostro primo grande progetto comune, il programma Mesoscale Alpine. In quell'occasione, siamo riusciti per la prima volta a calcolare previsioni meteorologiche in tempo reale a una risoluzione di tre chilometri. Oggi calcoliamo modelli climatici per un periodo di decenni con risoluzioni che all'epoca erano possibili solo per previsioni meteorologiche a breve termine di 18 ore.

Oltre ai ricercatori sul clima, chi altro usava l'infrastruttura all'epoca?
Gli astronomi sono stati coinvolti fin dall'inizio. Anche la chimica computazionale, l'ingegneria meccanica e la fisica dello stato solido erano rappresentate.

Le prestazioni dei computer sono aumentate di milioni di volte nei 25 anni di esistenza del CSCS. Allo stesso tempo, i modelli climatici sono diventati sempre più complessi e significativi. Qual è stata la forza trainante?
Per otto anni ho fatto parte del comitato scientifico del Centro europeo per le previsioni meteorologiche a medio raggio (ECMWF) di Reading. In quel periodo ho potuto osservare come l'industria informatica e la scienza lavorino a braccetto, ma anche come si influenzino a vicenda. Ad esempio, i codici sorgente dei programmi ECMWF venivano trasmessi ai principali produttori di hardware al momento dell'acquisto. Questi ultimi hanno cercato di ottimizzarli per vincere la gara d'appalto. Sullo sfondo, tuttavia, c'era sempre la questione di quanto i programmi dovessero essere adattati a una specifica architettura di computer. Dopo tutto, non possiamo riscrivere i nostri codici ogni pochi anni.

Le due iniziative "Platform for Advanced Scientific Computing" (PASC) e, in precedenza, "High Performance and High Productivity Computing" (HP2C) avevano proprio questo obiettivo: adattare i programmi a una nuova architettura di computer.
Ciò è dovuto all'introduzione di nuovi computer con processori grafici. Abbiamo dovuto riscrivere completamente alcune parti dei programmi. L'impulso è venuto dall'attuale direttore del CSCS, Thomas Schulthess. Ci ha convinto che si trattava di un riorientamento strategico per i prossimi decenni. Ora abbiamo una strategia a lungo termine per mantenere i programmi adatti alle diverse architetture informatiche. La collaborazione con il CSCS non è mai stata così stretta come oggi.

In che modo PASC e HP2C hanno influenzato il vostro lavoro di ricerca?
L'adattamento dei programmi è stato molto complesso. ? impossibile per un gruppo di ricerca universitario portare a termine questo sforzo da solo. Da allora, abbiamo lavorato a stretto contatto con il CSCS, MeteoSvizzera e il Center for Climate Systems Modelling (C2SM). Oliver Fuhrer di MeteoSvizzera ha guidato l'impresa. Chi siamo ha investito più di quindici anni di lavoro in un periodo di cinque anni. Ora stiamo collaborando anche con il Dipartimento di informatica all'ETH di Zurigo nell'ambito di un progetto Sinergia.

Come sarebbe la ricerca sul clima senza supercalcolatori?
Accanto alla teoria e all'esperimento, la simulazione è diventata il terzo importante pilastro della scienza. Ciò è particolarmente evidente nella scienza del clima, perché non possiamo condurre esperimenti. Gli "esperimenti" che facciamo con il sistema climatico, come il buco nell'ozono o i cambiamenti climatici, ci dimostrano che è meglio non farne. Ecco perché le simulazioni sono fondamentali per noi.

Quali sono stati gli sviluppi più significativi per voi negli ultimi 25 anni?
? stato un salto di qualità per noi quando siamo stati in grado di rappresentare esplicitamente i temporali e i rovesci nei modelli per la prima volta. ? stato anche importante integrare i modelli oceanici nel modello atmosferico. Oggi parliamo di modelli del sistema Terra che includono gli oceani, il ghiaccio marino e le superfici terrestri.

...e i supercomputer?
Il passaggio dal paradigma della cosiddetta memoria condivisa a quello della memoria distribuita e la questione dell'organizzazione della memoria su un chip dimostrano che le operazioni di calcolo in sé non sono più il problema principale. Ciò che conta oggi è come viene organizzata la memoria e come vengono instradati i dati ai processori.

Entro la fine di questo decennio, l'attuale era dei petaflop, in cui i supercomputer eseguono miliardi di operazioni di calcolo al secondo, sarà sostituita dalla cosiddetta era exascale. Quali sono le sue speranze in merito?
Uno degli obiettivi principali della scienza del clima è chiarire incertezze come le precipitazioni temporalesche e la copertura nuvolosa utilizzando simulazioni il più possibile esplicite. Per raggiungere questo obiettivo, lo sviluppo deve continuare nella direzione dell'exascale.

E cosa vorreste vedere dal CSCS in futuro?
Chi siamo, oltre a occuparci della manutenzione e della gestione dei supercomputer, ha bisogno di competenze su come si svilupperà il calcolo ad alte prestazioni e su quale architettura prevarrà. Questa è la base per una strategia a lungo termine e continua che si spera possa durare decenni. I centri di calcolo sono fondamentali per noi ricercatori sul clima. Per noi svolgono un ruolo simile a quello del CERN per i fisici delle particelle.