Il progetto SCoPE Realizzazione, risultati e prospettive Il progetto SCoPE Realizzazione, risultati e prospettive (20 maggio 2009)

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

The SCoPE project and Research Areas SCoPE : 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.

4 Research areas: MicroCosmos and MacroCosmos Sciences MicroCosmos and MacroCosmos Sciences Materials and Environment Sciences Materials and Environment Sciences Life Sciences Life Sciences Social Sciences Social Sciences Middleware Middleware 19 Departments and Research Institutes 128 Professors and Senior researchers from UniNA + many others from Research Institutes (INFN, ecc.) 35Young researchers (assegni di ricerca) 28 Technology specialists (co.co.co.)

Macro area Scie nze M.F.N. Macro area Medi cina Struttura centrale (CSI) Area delle Scienze MM.FF.NN. (Campus – GRID) Area delle Scienze Ingegneristiche Area delle Scienze Mediche e Biotecnologie Dip.Informatica e Sistemistica Dip. Ingegneria Elettrica Dip.Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni Dip. Biochimica e Biotecnologie mediche Macro area Medi cina Area delle Scienze Umane e Sociali Dip. Matematico- Statistico Dip. di Scienze Fisiche Dip.Ingegneria Chimica Organizzazioni esterne ma collegate INFN Sezione di Napoli CNR-SPACI Napoli INFM Unità di Napoli CEINGE CRIAI ARPA CINI Dip. di Analisi e Progettazione Strutturale Dipartimento di Sociologia Centro di Eccellenza per lo Studio delle Malattie Genetiche Dip. di Matematica Dip. di Chimica

Astrophysics group Search for gravitational waves Data mining and visualization of astronomical massive data sets and 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

Bioinformatics group Study of genome sequence analysis and image analyses for cell motility and other dynamical phenomena and 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

8 Electromagnetism and Telecommunication group Study of em propagation models in built-up areas and fields measurement in the Napoli metropolitan area Material Science group Study of molecular dynamics and optical properties of nano- structured materials and Soft Matter Engineering group Study of models and simulations of the flux of micro-structured materials

The SCoPE Data Center 33 Racks (of which 10 for Tier2 ATLAS) 304 Servers for a total of 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 Data Center SCOPE Control Room SCOPE Biologia Fisica Matematica Chimica

SCoPE DataCenter & Tier2 ATLAS 1 MW Cabina elettrica 1 MW

Control room Chem. Med. Data Center Low latency network 2432 core

CAMPUS GRID Monte SantAngelo DMA DiCh i DSF INFN C.S.I. GARR Fibra ottica S.CO.P.E. GARR 2.4 Gb/s Centro S.CO.P.E. Centro S.CO.P.E. Dipartimento di Scienze Fisiche Sezione INFN Cabina elettrica G.E. 1 MW Control room S.CO.P.E. The Metropolitan Network

SUSPENSION OF PARTICLES IN LIQUIDS SUSPENSION OF PARTICLES IN LIQUIDS Intensive simulations in 2D & 3D FEM Motivation 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. Results from Material Sciences (Dip. Ingegneria Chimica – Dip. Matematica e Applicazioni) Aim Characterize the flow behavior of dilute and semidilute suspensions of rigid spheres in viscoelastic media in confined geometries. Newtonian Fluid 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.

Computational modelling of molecular and supra-molecular systems Problematic areas: large non periodic systems: large non periodic systems: -- Nanoparticles -- biomacromolecules -- defects of materials Results from Material (and Life) Sciences (Dip. Chimica) Soft Matter Application (example) Dynamic ADMP (Atom centered Density Matrix Propagation)/ ONIOM (Our own N-layered Integrated molecular Orbital + Molecular Mechanicson ionic channel of the gramicidine A. 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 ADMPthe electronic degrees of freedom have a unreal mass and propagate from step to step. In ADMP the electronic degrees of freedom have a unreal mass and propagate from step to step.

17 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 call- center for public information Livello del campo 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

Results from Life Sciences 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 sequences identified associated to diseases.

Applications CPU & Data intensive: Gene mining Large DataBase for genomic sequences of bacteria, vertebrates, trees.

20 Problem Solving Environment MedIGrid Results from Middleware for applications Results from Middleware for applications (Dip. Matematica e Applicazioni) Grid-aware HPC for medical images: management, processing, visualization Multilevel adaptive algorithms on MP multicore architectures

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. 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. Results from MacroCosmos Sciences Results from MacroCosmos Sciences (Dip. Scienze Fisiche & INAF - Istituto Nazionale di Astrofisica) S.Co.P.E. at Caltech DAME – Data Mining & Exploration International Collaboration : Università Federico II INAF - Napoli Caltech Pennsylvania State University Pune IUCAA - India Applications: Astrophysics Biology e Bioinformatics Enterprises

VIRGO interferometer at Cascina (PI) DATA INTENSIVE ALGORITHMS TO SEARCH FOR GRAVITATIONAL WAVES 1 TB /day MORE THAN 1 TB /day to be analyzed Signals from: - periodic systems (Pulsar) - coalescent binary systems (Chirp) - impulsive systems (Burst) VERY LOW SNR (SIGNAL to NOISE RATIO) HIGH COMPUTATIONAL CHALLENGE Results from Gravitational waves research Results from Gravitational waves research (Dip. Scienze Fisiche & INFN – Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) Adaptive Filters for Detection of Gravitational Waves in Virgo A Grid-based Evolution of Merlino (Static Matched Filter Technique) A Genetic Parallel Evolution of the Price's Controlled Random Search Algorithm

p p 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. ATLAS ALICE CMS LHCb Bunch crossing every 25 ns rate 10 9 Hz 25 interactions/b.c. High granularity detectors: 10 8 electronic channels event size ~1 MB Input data rate: 1PB/s ! But only ~100 MB/s to tape. High selectivity trigger system (rejection power 10 7 ) Max\size of single files 2 GB, 16k files/day 10 TB/day ! Napoli in exp.ATLAS e CMS Results from Subnuclear Results from Subnuclear (Dip. Scienze Fisiche & INFN)

First events at the LHC ( ) ( ) ATLAS Reconstructed events with HPC & Grid computing 22 m 46 m 37 nations 167 institutions 2000 scientists

Quadro sintetico

Programma Operativo Nazionale Ricerca, Sviluppo Tecnologico, Alta Formazione Asse II Rafforzamento e apertura del sistema scientifico a di alta formazione meridionale Misura II.2 Società dellInformazione per il Sistema Scientifico Meridionale Azione a – Sistemi di calcolo e simulazione ad alte prestazioni Interoperabilità fra i Progetti dellAvviso 1575/2004 ESPERIENZA VIRTUOSA E DI SUCCESSO NEL MERIDIONE NASCITA DI UNA NUOVA COMUNITA SCIENTIFICA STIMABILE NELLORDINE DI 800 TRA RICERCATORI E TECNICI 5 DOCUMENTI STRATEGICI E TECNICI OPERATIVI 15 TECNICI DEDICATI ALLINTEROPERABILITA UNITA DI CALCOLO

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 Obiettivi della comunità 1575 E stata creata una community e sono state gettate le basi per le prossime sfide della programmazione : LA REALIZZAZIONE DELLe-INFRASTRUTTURA ITALIANA APERTA ALLA COLLABORAZIONE E ALLINTERAZIONE TRA RICERCA E IMPRESA

GARR PI2S2 GARR Altri Enti e realtà Strategia di Interoperabilità

Il nuovo soggetto: GRISU Lattività di interoperabilità proseguirà al termine dei progetti dellAvviso 1575 nellambito 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 lAvviso 68 della programmazione ). Ricerca, Sviluppo e Innovazione Cooperazione con le Imprese Integrazione nellItalian Grid Infrastructure e nellEuropean G. I.

GRISÙ strategy for interoperability GARR PI2S2 GARR Altri Enti e realtà SPACI OGNI INFRASTUTTURA IMPLEMENTA ALMENO UN SITE (CE+SE+WN) E REPLICA I SERVIZI COLLECTIVE SERVIZI COLLECTIVE E CORE DI OGNI INFRASTRUTTURA SUPPORTANO TUTTE LE VO 1 VO PER PROGETTO cybersar cresco cometa scope spaci

The Italian e-Infrastructure The Italian e-Infrastructure (interoperable with common communication protocols) The Network FESR The Grid

32 The ultimate Network of GRISÙ

PORTICI BRINDISILECCE TRISAIA GRISU EGI - European GRID Infrastructure DEISA IGI Italian GRID Infrastructure INFN-GRID ENEA-GRID GRISÙ interoperability and

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 New scientific communities Cooperation with Industry Cooperation with Industry Interoperability and Integration in GriSù IGI EGI 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:Virtual Laboratories already identified: –Medical Images –Materials Science and Engineering –Engineering and SMEs –Energy and climate

Unina – Utenti dellAteneo 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 Virtual organizations su SCoPE

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.research- infrastructures.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.

Il Data Center SCoPE, realizzato tramite il progetto SCoPE, è stato affidato dal Rettore in gestione operativa ordinaria al CSI (Centro di Servizi dAteneo) 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 lutilizzo 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 lINFN 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. Data Center SCoPE e modello organizzativo

COMITATO SCIENTIFICO Coord. Merola Gestione Operativa Fario (CSI) Gestione Operativa Fario (CSI) Progetti (Grisù, IGI, EGEE, ATLAS, Imprese, …) Progetti (Grisù, IGI, EGEE, ATLAS, Imprese, …) Gruppo Tecnico Trasversale Barone (CSI) Comitato scientifico L. Merola G. Ventre V. Barone A. Quarteroni Gestione operativa M. Fario G. Barone F. Palmieri M. Pollio 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 docu- menti strategici che vengono concordati con la Commis- sione Europea allinizio di ogni Programma Quadro In Italia, le linee guida per il sostegno alle Regioni della Convergenza sono state stabilite dal Quadro Comu- nitario di Sostegno e dal Piano Strategico Nazionale per la politica regionale di sviluppo

Il PON (Generalità e Assi) Il PON Ricerca e Competitività ha lobiettivo di cofinanziare progetti nei campi della ricerca scientifica, dello sviluppo tecnologico, della competitività e dellinnovazione industriale nel periodo di programmazione Il PON si articolerà su 3 Assi prioritari: –Asse I: Sostegno ai mutamenti strutturali –Asse II: Sostegno allinnovazione –Asse III: Assistenza tecnica e attività di accompagnamento Le azioni dellAsse I e dellAsse II saranno tra loro fortemente correlate ed interdipendenti

Il PON (gli Obiettivi, le Azioni… e Grid) Lazione prevede lo sviluppo del GRID computing su una dimensione pluriregionale, in modo da assicurare il rafforzamento di uninfrastruttura strategica per la soluzione al problema del calcolo distribuito e ad alte prestazioni attraverso laccesso a risorse di diversa natura (calcolatori, banche dati, librerie software). Ciò consentirà di valorizzare gli interventi realizzati nella programmazione 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 dellobiettivo Convergenza potranno svolgere nellambito del VII Programma Quadro.

Obiettivi strategici della comunità Grisù