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VILUPPO DI SOLUZIONI SOFTWARE
PER LA SISMOLOGIA
Sviluppare soluzioni software per la sismologia è diventato, ormai, indispensabile per comprendere i com-plessi fenomeni che regolano il funzionamento del sistema Terra, come ad esempio: lo studio degli effetti di Sito che consentono di caratterizzare con estrema precisione l’impatto in superficie di un terremoto po-tenzialmente distruttivo; la derivazione di modelli per lo studio della deformazione cosismica prodotta da grandi terremoti; le simulazioni dirette per il calcolo dei campi di deformazione e sforzo indotti da eventi sismici. Sono di grande ausilio a queste ricerche e fondamentali per la comprensione di fenomeni così com-plessi sia gli attuali supercalcolatori, dotati di un’incredibile potenza di calcolo, sia i codici, altamente paralleli, spesso dotati di interfacce grafiche ad hoc e frequentemente sviluppati insieme ai ricercatori.
Offerta
Il Gruppo di Matematica Computazionale del settore HPC di CASPUR ha maturato elevate competenze nello sviluppo di soluzioni software ad hoc per la sismologia, utili per affrontare problematiche legate all’ottimizza-zione, alla parallelizzazione di codici 2D e 3D di modellazione diretta ed alla loro fruizione mediante portali sempre più specializzati, etc. Contemporaneamente, l’utilizzo di piattaforme di calcolo massicciamente parallele ha guidato lo sviluppo di workflow estremamente complessi in grado di ridurre, drasticamente, i tempi necessari per conoscere i risultati di una simulazione “realistica”. Progetti estremamente innovativi nel settore, come ad esempio il Porting di un pacchetto agli elementi finiti per il calcolo dei campi di deformazione su architettura “CUDA enabled”, sono stati resi possibili grazie alle elevate competenze presenti nel gruppo HPC di CASPUR.
Collaborazioni
La collaborazione pluriennale con l’Istituto Nazionale di Geosifica e Vulcanologia (INGV) e, in particolare, con la Sezione di Sismologia e Tettonofisica di Roma diretta dal Dott. Antonio Piersanti, è attiva per progetti ed attività di collaborazione a carattere sia nazionale che internazionale.
Fig. 1 Distribuzione di slip del terremoto di Tohoku (Mw 9.0), ca-ratterizzata da una “patch” di slip molto concentrata, superficiale e con valori molto elevati (circa 45 m).
ANNU
AL REPOR
T
147 Gruppo HPC Matematica Computazionale e Applicazioni Piero Lanucara piero.lanucara@caspur.it Vittorio Ruggiero vittorio.ruggiero@caspur.it Stefano Zampini s.zampini@caspur.itGruppo di Scienze dei Materiali
Luca Ferraro
luca.ferraro@caspur.it
Tra le principali è doveroso citare:
• Il progetto relativo al Porting del codice agli elementi finiti FEMSA/Calculix su GPU. FEMSA è uno strumento sviluppato dai ricercatori dell’Istituto (Dott.ssa Manuela Volpe e colla-boratori) per il calcolo delle deformazioni indotte da eventi sismici. Mediante l’utilizzo delle nuovissime tecnologie di calcolo e di strumenti software all’avanguardia mira a ri-durre drasticamente i tempi di simulazione.
• L’ottimizzazione del codice parallelo di simulazione della propagazione di onde sismiche in mezzi viscoelastici dissipativi 3D in collaborazione con ricercatori dell’Istituto (Dott. Arrigo Caserta) e di livello internazionale (Prof. Ivo Oprsal dell’Università di Praga). • La modellazione della deformazione cosismica prodotta in Giappone dal terremoto di
Tohoku del Marzo 2011 in collaborazione con il gruppo del Dott. Alessio Piatanesi e col-laboratori dell’Istituto. Questa attività, caratterizzata da un gran numero di simulazioni “dirette” ed “inverse” a partire da dati GPS e di tsunami, è stata svolta utilizzando circa 500 core e facendo largo uso dello storage ad alte prestazioni della piattaforma HPC Ma-trix al CASPUR.
Risultati
Tutte le attività illustrate hanno prodotto ottimi risultati dal punto di vista della produzione scientifica attraverso l’uso congiunto di risorse computazionali e umane. Per quanto riguarda FEMSA, il Porting su GPU, sebbene ad uno stadio prototipale, ha consentito di effettuare la simulazione realistica, relativa al terremoto dell’Aquila del 2009, in un tempo estremamente ridotto utilizzando gran parte dell’architettura di calcolo GPU di CASPUR. Analogamente, per quanto riguarda il codice parallelo di simulazione 3D, è stato possibile trattare in tempi “ra-gionevoli” il possibile impatto di un terremoto nell’area, di interesse storico ed artistico, della Valle del Tevere. Sono state sufficienti, infine, solo quattro ore per la simulazione del codice di propagazione Tsunami COMCOT, relativamente all’attività di modellazione della deformazione cosismica.
Bibliografia essenziale
Volpe, M., Melini, D., Piersanti, A. (2007). FEMSA: a finite element simulation tool for quasi-static sei-smic deformation modeling. Annals Of Geophysics 50(3), 367-385.
Caserta, A., Ruggiero, V., Busico, M., Oprsal, I. (2010). Parallelisation technique for serial 3D seismic codes: SMS approach. Annals Of Geophysics 52(5), 505-516.
Lorito, S., Romano, F., Atzori, S., Tong, X., Avallone, A., McCloskey, J., Cocco, M., Boschi, E., Piatanesi, A. (2011). Limited overlap between the seismic gap and coseismic slip of the great 2010 Chile earthquake. Nature Geosci. 4(3), 173-177.
