SISSA - Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati 

Antonio Lanza

La Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati (SISSA) è stata istituita nel 1978, quando il Dottorato di Ricerca non era ancora stato attivato nel sistema universitario italiano, come centro di ricerca e formazione superiore finalizzato al conferimento del titolo di Doctor Philosophiae (Ph.D) in analogia al sistema anglosassone. Il titolo rilasciato dalla SISSA è stato successivamente equiparato a quello di Dottore di Ricerca rilasciato dall’ordinamento universitario italiano, ai sensi dell’art. 68 del DPR 11 luglio 1980, n. 382.

La Scuola oggi è organizzata in tre principali Aree Scientifiche: Fisica, Matematica e Neuroscienze. Le Aree godono di autonomia per l’attività didattica e di ricerca e ciascuna comprende diversi gruppi di ricerca che erogano i seguenti corsi per il conseguimento del titolo di PhD:

• Fisica:
  • Astroparticle Physics
  • Astrophysics
  • Physics and Chemistry of Biological Systems
  • Statistical Physics
  • Theoretical Particle Physics
  • Theory and Numerical Simulation of Condensed Matter
• Matematica:
  • Mathematical Analysis, Modelling and Application
  • Geometry and Mathematical Physics
• Neuroscienze:
  • Cognitive Neuroscience
  • Neurobiology
  • Functional and Structural Genomics

La presenza di numerosi docenti e allievi stranieri, l’utilizzo della lingua inglese per svolgere l’attività scientifica e formativa, rendono la Scuola diversa dagli altri Atenei. Essa presenta qualche analogia per dimensioni e struttura con la Scuola Normale Superiore di Pisa e la Scuola Sant’Anna. Tuttavia, la SISSA si differenzia anche da queste due Scuole poiché la sua attività è orientata principalmente alla formazione di dottori di ricerca in materie scientifiche.

Oltre ai corsi di PhD, la SISSA ha attivato programmi di formazione di alto livello per studenti di Laurea Magistrale delle l’Università di Trieste e di Trento.

All’interno del Laboratorio Interdisciplinare per le Scienze Naturali e Umanistiche, sono attivi i Master in Comunicazione della Scienza “Franco Prattico”, e, in collaborazione con il Centro Internazionale di Fisica Teorica ‘Abdus Salam’ (ICTP), il Master in HPC (High Performance Computing).

SISSA ha avuto e continua ad avere un importante ruolo nell’ambito della editoria scientifica online e del calcolo scientifico avanzato.

INDICE

• Editoria Scientifica
• Il calcolo scientifico alla SISSA
• La Storia

Editoria Scientifica

Nel 1992, sulla base dell’iniziativa della creazione di un archivio elettronico di pre-print di Fisica della Alte energie di Paul Ginsparg del Los Alamos National Laboratory, SISSA, in collaborazione con Ginsparg, crea un archivio elettronico di pre-print in Astrofisica, Fisica dello Stato Solido e Matematica. Nel mondo della ricerca scientifica l’iniziativa riscuote un grande successo. Riviste internazionali, come Nature, ne parlano incoraggiandone l’uso e la SISSA guadagna in immagine a pochi anni dalla sua fondazione (1978). L’archivio, oggi conosciuto come arXiv, è ospitato dalla Cornell University e conta più di un milione di articoli in archivio.

Sulla base di questa esperienza SISSA crea nel 1997 la prima rivista interamente digitale (JHEP, oggi la più importante rivista per la fisica delle alte energie) a cui fanno seguito altre quattro che vengono gestite da una società di capitale interamente partecipata, SISSA Medialab, in collaborazione con editori del settore scientifico che ne curano la distribuzione e la commercializzazione.

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Il Calcolo scientifico alla SISSA

La ricerca avanzata nei settori delle nano- e bio-tecnologie, della medicina molecolare, della matematica applicata e della fisica teorica, nonché di importanti branche dell’ingegneria, hanno sempre richiesto l'accesso ad ingenti risorse di calcolo scientifico ad alte prestazioni (HPC), nonché la formazione di una generazione di ricercatori e tecnici addestrati allo sfruttamento ed alla promozione di una tecnologia in costante e tumultuoso sviluppo.

La SISSA è all’avanguardia internazionale nella simulazione e modellizzazione numeriche nell’ambito di varie discipline che spaziano dall’infinitamente piccolo, le nano-scienze, all’infinitamente grande, l’astronomia e la cosmologia, passando per l’ingegneria, le scienze della vita e della salute e quelle della terra e dell’ambiente, vantando tra l’altro un notevole primato nel campo del trasferimento tecnologico e dei servizi alle imprese.

L’eccellenza della SISSA nel campo della simulazione numerica è testimoniata dalle molte importanti iniziative che nel corso degli anni vi hanno preso piede. Fra queste segnaliamo:

• Il Centro di Eccellenza Europeo MaX (“Materials at the eXascale”) la cui missione è lo sviluppo, la manutenzione e la diffusione di metodi e strumenti di simulazione numerica dei materiali sui supercomputer di prossima generazione;
• Un nodo della rete Europea CECAM (Centre Européen de Calcul Atomique et Moléculaire), coordinata dal Politecnico di Losanna (EPFL). Nell’ambito delle iniziative promosse dal CECAM, la SISSA partecipa anche al Centro di Eccellenza Europeo denominato e-CAM;
• Il Master in High-Performance Computing (MHPC), un corso di alta formazione professionale nel campo del calcolo scientifico ad alte prestazioni, gestito in collaborazione con l’ICTP; si prevede che alcuni moduli didattici offerti dal MHPC diventeranno un elemento fondante del corso di laurea magistrale in matematica applicata in via di promozione presso l’Università di Trieste;
• Il progetto Quantum ESPRESSO, il più diffuso software “open source” a livello internazionale per la simulazione quantistica dei materiali, al quale collaborano attivamente, fra gli altri, l’ICTP e l’Università di Udine; il progetto Quantum ESPRESSO ha dato luogo ad una fondazione, denominata Quantum ESPRESSO Foundation, con sede a Cambridge (UK) e di cui fanno parte, oltre a SISSA ed ICTP, il centro di supercalcolo nazionale CINECA di Bologna e diversi partner internazionali in Europa ed USA.
• Un gruppo di matematica applicata, denominato MathLab, focalizzato sulla modellistica numerica e il calcolo scientifico, attivo in diversi ambiti: dall’analisi numerica alla meccanica computazionale, dall’ottimizzazione e il controllo alla riduzione di modello,  con progetti di ricerca che vanno  dall’ingegneria aero-naval-meccanica alle scienze della vita, dallo studio della micromotilità ai materiali, anche attraverso importanti collaborazioni nazionali e internazionali;
• Una vivace e crescente attività in “data science” che si è già concretizzata in importanti collaborazioni nel campo delle scienze della vita e della salute. Si segnala la collaborazione con il Centro di Ricerca Oncologica (CRO) di Aviano finalizzata allo sviluppo di tecniche per la diagnostica personalizzata basata sull’apprendimento automatizzato (“machine learning”);
• Un numero crescente di collaborazioni e contratti industriali e di ricerca applicata, sia con compagnie e centri di ricerca in regione che con importanti compagnie multinazionali, nei campi dell’ingegneria civile e navale, delle scienze e tecnologie della salute e dell’industria agro-alimentare;
• Da ultimo, ma non per ordine di importanza, l’installazione di un supercomputer di classe “Tier-1”, denominato “Ulysses”, a disposizione dei ricercatori della SISSA e, tramite apposite convenzioni stipulate con i maggiori centri di ricerca regionali, dei suoi partner scientifici.

Il mantenimento ed il rafforzamento del primato conseguito dalla SISSA nel campo del calcolo scientifico ad alte prestazioni richiede la disponibilità di adeguate risorse di calcolo ad almeno due livelli, fra loro integrati e complementari. Le applicazioni di punta necessitano l’accesso a supercomputer di classe “Tier-0” che solo i grandi centri di calcolo nazionali ed internazionali possono garantire. La SISSA, oltre ad aggiudicarsi regolarmente un’importante allocazione di risorse su queste macchine tramite competizione internazionale nell’ambito dell’infrastruttura Europea PRACE, sin dalla meta’ degli anni 80, ha stipulato con il CINECA una convenzione che permette l’accesso regolare al supercomputer di classe “Tier-0”. Computer di questo tipo non si prestano però a funzioni di sviluppo, addestramento e trasferimento tecnologico. Lo sviluppo di nuovi algoritmi di simulazione e la loro implementazione in codici numerici capaci di sfruttare le potenzialità di questi supercomputer, nonché l’addestramento di ricercatori e tecnici all’uso di queste macchine, richiedono il facile accesso a risorse di calcolo di classe inferiore che devono quindi essere disponibili ed amministrate localmente. Il computer “Ulysses” attualmente in uso alla SISSA ha questo scopo.

Il cluster Ulysses

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La Storia

A partire dagli anni ottanta, l’attività della Scuola, specie nel Settore della Fisica Computazionale, assume dimensioni e caratteri tali da richiedere una massiccia utilizzazione di mezzi di supercalcolo.

Per far fronte a queste esigenze, grazie ad un contributo straordinario dell’allora Ministero della Pubblica Istruzione, la SISSA acquisisce nel 1982 il primo computer di marca GOULD S.E.L, Concept 32/87 package system con n. 1 9821 VPU 6400.

Questi sono gli anni in cui viene sviluppato da Roberto Car e Michele Parrinello, allora facenti parte del corpo docente della SISSA, il cosiddetto Car-Parrinello method per studi di dinamica molecolare, metodo oggi riconosciuto come standard a livello internazionale.

Tuttavia, lo sviluppo delle attività della SISSA ed il carattere altamente concorrenziale sul piano internazionale richiedono l’utilizzo di mezzi di calcolo superiore a quelli che il computer Gould puo’  fornire. Inizia così, nel 1985 una collaborazione con il consorzio CINECA per l’utilizzo delle risorse di calcolo sempre allineate al top della tecnologia, favorita dal miglioramento dei servizi di collegamenti interattivi che si rendono disponibili in quegli anni. Contemporaneamente, per migliorare le prestazioni del computer locale GOULD viene acquisito un Vector Processor Handler.

Alla fine degli anni ottanta, si sviluppano tutta una gamma di ricerche teoriche in Astrofisica, Fisica delle particelle elementari e Biofisica che richiedono ingenti risorse di calcolo per cui si delinea l’esigenza di sostituire il GOULD, nel frattempo diventato obsoleto e insufficiente, con un nuovo calcolatore con capacità di calcolo 2 o 3 volte maggiore rispetto a quelle del Gould.

Negli anni successivi il sistema di calcolo della SISSA è stato sistematicamente aggiornato secondo la seguente tabella: