1. TITOLO DELLA INFRASTRUTTURA DI RICERCA (titolo esteso e acronimo)

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1 Page 1 of 16 Scheda per la segnalazione di Infrastrutture di Ricerca (IR) per la Roadmap Italiana 1. TITOLO DELLA INFRASTRUTTURA DI RICERCA (titolo esteso e acronimo) TITOLO ESTESO ACRONIMO ITALIAN VIRTUAL INTEGRATED LABORATORY FOR LARGE- SCALE APPLICATIONS IN A GEOGRAPHICALLY DISTRIBUTED ENVIRONMENT I-VILLAGE 1.1 PROPONENTE (Ente di Ricerca, Consorzio Universitario, Associazione di scopo pubblico/privato) - CNR VILLAGE, Laboratorio Virtuale del Dipartimento Progettazione Molecolare del CNR - INSTM VILLAGE, Centro di riferimento del Consorzio Interuniversitario Nazionale per la Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM) - CASPUR, Consorzio interuniversitario per le applicazioni di supercalcolo per università e ricerca - SPACI (Southern Partnership for Advanced Computational Infrastructures), Consorzio fra Università del Salento, Calabria e HP Italia 1.2 IDENTIFICAZIONE DEL BACINO DI UTENZA (Campo di attivita, dimensione e carattere dell utenza prevalente nazionale/internazionale)i-village è un centro di competenze distribuito sul territorio nazionale che favorisce lo sviluppo e la disseminazione di metodi computazionali nell'ambito delle scienze molecolari, incentivando e coordinando progetti di ricerca di base ed applicata nel settore. I-VILLAGE è costituito da diversi gruppi di ricerca italiani, ognuno con specifiche esperienze nel campo del modelling e della descrizione in silico di sistemi molecolari e supramolecolari, che nel loro insieme coprono uno spettro molto ampio di tecnologie computazionali. I-VILLAGE intende costituire una dorsale per la creazione e l'impiego di una griglia computazionale ad alte prestazioni distribuita sul territorio nazionale, dedicata al calcolo per la scienza dei materiali, le nanoscienze, i biosistemi e le scienze ambientali, integrata con iniziative dedicate al calcolo scientifico distribuito per gli stessi settori in ambito europeo (EU-VILLAGE). I-VILLAGE dispone di una dotazione crescente di risorse computazionali locali, che saranno man mano collegate in un unico ambiente di griglia. Attualmente sono disponibili le seguenti risorse computazionali Napoli BioNap 10 nodi HP ES45, 4CPU MHz, L2 16 MB ECC, 8GB RAM(totale 40 CPU) 4 nodi HP DS20, 2CPU MHz, L2 16 MB ECC, 2GB RAM (totale 8 CPU) Gbit ethernet 10/100/1000, # 1 ELAN3 (cluster interconnect), 1 fiber channel (2Gb/s)

2 Page 2 of 16 HP EVA3000 storage system (2 TB totali) SoftNap 16 nodi 2CPU AMD Opteron 2400 MHz, 4GB RAM (totale 32 CPU) 6 nodi 4CPU AMD Opteron 2800 MHZ dual-core, 32GB RAM (total 24 CPU dual-core) front end Xeon (2x) Gbit ethernet 10/100/1000 NanoNap 2 nodi Itanium MHz (2x), 4GB RAM 1 nodo Itanium MHz (4x), 8GB RAM 8 nodi Xeon 3000 MHz (4x dual core) (totale 32 CPU dual-core) Gbit ethernet 10/100/1000 Padova Arrhenius (totale 50 CPU) 5 nodi AMD Opteron 246, 2 GHz, 2 CPU, 4GB RAM, HD SATA 80GB 6 nodi Intel Xeon CPU 2.00 GHz, 2 CPU, 1GB RAM, HD SC 18GB 8 nodi Intel Pentium III CPU family 1.2 MHz, 2 CPU, 1GB RAM, HD SC 18GB 6 nodi Intel Xeon CPU 2.4GHz, 2 cpu, 1GB ram HD SC 36GB 1 nodo AMD Opteron 852, 2.4 GHz, 4 CPU, 8 GB RAM, HD SC 140GB Infiniband Avogadro (totale 150 CPU dualcore) 71 nodi (blade) Intel Woodcrest Dual Core, 4 CPU, 2.6 GHz, 2 HD SAS 72GB Infiniband Roma DPM-CASPUR (totale 32 CPU dualcore) 16 nodi AMD02220, 2CPU dualcore, 2.8 GHz, 8GB RAM, 2x72GB RAID1 Infiniband BioRoma (totale 32 CPU dualcore) 16 nodi AMD CPU dualcore, 2.8 GHz, 8GB RAM, 2x72GB RAID1 Infiniband IPCF-CNR Pisa Soft-CNR (totale 32 CPU toroidali + 8 CPU quadcore) GS1280 HP 32 CPU 8 nodi Intel Quadcore, 2.8 GHz, 8GB RAM 144 GB RAID1 Infiniband SPACI/NNL Lecce HP rx8620, 8*Itanium2 1.5GHz, L3 6MB, 18GB RAM 1 nodo HP 2*Xeon 3.4GHz, L3 2MB, 3GB RAM 60 nodi HP [2*Itanium2 1.4GHz, L3 1.5MB, 4GB RAM], Quadrics Elan 4, EVA 3000 (1TB) 150 nodi HP [2*Itanium2 1.6GHz, L3 3MB, 4GB RAM], Quadrics Elan 4, HPSFS (10TB) 4 nodi Compaq ES40 [4*EV67 667MHz, L2 8M, 2GB RAM], Quadrics QsNet 2. DESCRIZIONE GENERALE (barrare la casella che interessa) Realizzazione di nuova IR mettendo in rete e/o aprendo all'utenza strutture esistenti

3 Page 3 of PROFILO SCIENTIFICO-STRATEGICO 3.1 L IR risponde ad una domanda qualitativamente o quantitativamente nuova di utenza da parte della comunità scientifica/tecnologica/di servizio all industria/di servizio civile? La simulazione in silico consente allo stesso tempo la progettazione razionale di nuovi sistemi con specifiche caratteristiche e l'analisi del ruolo dei diversi processi chimicofisici nel determinarne le varie proprietà (strutturali, elettroniche, ottiche...) La realizzazione di questo obiettivo richiede uno schema di accesso modulare alle risorse integrate di codici, metodologie ed architetture di calcolo, che sia al tempo stesso di uso generale ed intuitivo. Un aspetto particolarmente innovativo di I-VILLAGE è quello di rendere disponibile per la comunità scientifica, le applicazioni industriali avanzate e per gli enti pubblici e privati un insieme di strumenti ad hoc, il cui uso è stato tradizionalmente riservato a specialisti degli studi in silico. Un altro aspetto nuovo di I-VILLAGE è l'interdisciplinarietà. I-VILLAGE infatti si propone di unificare in una piattaforma comune le diverse competenze dei gruppi di ricerca coinvolti, dalla chimica teorica alle nanoscienze, dalla bioinformatica alla fisica dello stato solido, al fine di realizzare e rendere disponibili nuovi tools per la simulazione multiscala di sistemi molecolari e processi complessi, altrimenti non trattabili dai singoli gruppi. 3.2 L IR offre reali prospettive di avanzamento nello sviluppo di nuove metodiche per la produzione di scienza di frontiera di alta qualità? L'ultimo decennio è stato caratterizzato da significativi progressi nella simulazione di sistemi complessi quali, ad esempio, materiali compositi a matrice polimerica, dispositivi elettronici molecolari, biosensori. Tuttavia lo sviluppo di una strategia computazionale veramente efficace è spesso ostacolato dalla mancanza di integrazione e scambio di informazioni specifiche, quali codici computazionali, protocolli di simulazione o parametri numerici ottenuti a livello molecolare e necessari per condurre simulazioni mesoscopiche e macroscopiche. L'impiego di tecniche modellistiche, vale a dire di simulazioni numeriche specificamente indirizzate allo studio di fenomeni di interazione sia statici che dinamici in sistemi complessi, costituisce perciò un obiettivo di grande interesse, e senz'altro alla portata dei moderni metodi di indagine in silico, soprattutto in ambiti tradizionalmente abituati alla descrizione di processi e fenomeni complessi come quelli caratteristici della chimica fisica e della struttura della materia. Una strategia efficace e di ampio respiro per affrontare questo tipo di problemi deve essere basata 1) su una precisa definizione delle forze di interazione e 2) su una estesa esplorazione dei processi dinamici. Le moderne tecniche di modellizzazione sono perciò traducibili nei termini classici di un problema multiscala in condizioni di non-equilibrio, anche secondo metodi coarsegrained (CG). Va rilevato i metodi CG prevedono l'estrazione dei parametri fondamentali (coefficienti di interazione, viscosità effettive etc.) a partire da modelli molecolari (bottom-up), a meno di non limitarsi a descrizioni puramente macroscopiche (top-down). Da un punto di vista strettamente computazionale, i metodi CG consentono, in sintesi, la descrizione di sistemi di dimensioni significativamente maggiori rispetto ai tradizionali metodi atomistici, grazie alla presenza di forze di interazioni soffici e a breve raggio, compatibili con l'utilizzazione di time-step assai maggiori. Tuttavia l'uso sistematico di

4 Page 4 of 16 metodologie CG richiede il superamento di alcune significative limitazioni, principalmente 1) nella definizione della parametrizzazione (force fields, coefficienti dissipativi) dei modelli, che rimane di solito confinata in ambito puramente fenomenologico, senza connessioni dirette con la descrizione a livello molecolare e 2) nella difficoltà di descrivere processi multiscala, soprattutto nel campo dei fenomeni relativamente veloci (sotto il microsecondo). A questo scopo è necessaria l'integrazione di competenze che vanno dalla chimica computazionale (calcolo QM di parametri molecolari e implementazione di modelli che ne fanno uso), alla struttura della materia (estensione di semplici modelli interpretativi e definizione di modelli più generali ed accurati), alla bioinformatica e biologia computazionale (definizione ed ottimizzazione di protocolli per biosistemi). 3.3 Qual è il grado di rilevanza della proposta scientifica (Nazionale, Europeo, Globale) Nazionale + Europeo Ci sono stati vari progetti finanziati nel quadro del 6 programma EU, ed altri finanziati in altri contesti internazionali che si collegano ai piani di I-VILLAGE, ma nessuno che si sovrapponga direttamente ad esso. Ciò riflette, in parte, il fatto che I-VILLAGE è un iniziativa di ricerca che combina in modo originale ed innovativo per gli standard europei gli aspetti tecnologici e scientifici. Quando opportuno, ci avvarremo di interfacce comuni (ad esempio XML) per sviluppare ulteriormente il nostro laboratorio virtuale. Inoltre trarremo sicuramente spunti interessanti da un certo numero di progetti internazionali quali: Network of Excellence (NoE) centrato sulla comunità della grafica, ma che ha recentemente esteso i suoi interessi all'applicazione delle GPU in problematiche numeriche. HiPEAC Strep che si propone di creare un centro di eccellenza virtuale per compilatori ad alte prestazioni ed architetture per i cosiddetti "embedded processors". Il network EU di eccellenza BioSim attivo dal 2004 e che si propone di utilizzare la progettazione in silico in campo biologico per ridurre la sperimentazione su cavie. Il progetto americano Simbios che si propone la creazione, validazione e distribuzione di software "user friendly" e modulare per la simulazione di strutture biologiche. Un progetto di particolare rilevanza per gli scopi di I-VILLAGE è coordinato dall'istituto di Bioingegneria dell'università di Auckland in Nuova Zelanda ed ha portato alla definizione di CellML, un linguaggio nel quadro "open standard" e basato su XML che permette di conservare e scambiare modelli matematici computazionali. In tale modo diviene possibile riutilizzare componenti presenti in precedenti implementazioni, in modo da accelerare significativamente la costruzione di nuovi modelli. 4. OPPORTUNITÀ NEL PANORAMA SCIENTIFICO-STRATEGICO 4.1 L IR risponde a reali specifiche necessità nel settore e su quale scala di sviluppo temporale? Esigenze fortemente sentite nel settore sono: (A) favorire l'integrazione di metodologie per la comprensione di proprietà strutturali e dinamiche di processi chimico-fisici nel campo delle scienze molecolari, dei materiali, della vita e dell'ambiente e delle nanoscienze; (B) sviluppare SOFTWARE applicativo dedicato allo studio dei sistemi e processi complessi appena menzionati con un accento particolare alla creazione di strumenti specifici per le problematiche che necessitano di trattamenti MULTISCALA;

5 Page 5 of 16 (C) favorire la diffusione delle metodologie computazionali INTEGRATE all'interno della comunità scientifica italiana, anche attraverso basi dati a tecnologia avanzata; (D) rendere DISPONIBILI alla ricerca e alle applicazioni industriali il software ed i modelli sviluppati in ambito accademico, anche attraverso moderni strumenti di accesso su scala geografica. A questo proposito è forse opportuno sottolineare, nell'ampio insieme di competenze teoriche, computazionali, informatiche, applicative e tecnologiche rappresentale all'interno di I-VILLAGE, la solida e documentata tradizione di alcuni dei partecipanti nell'implementazione di modelli innovativi in codici di ampia diffusione (quali ad es. i package Gaussian e Turbomole), nonché nel porting su griglie computazionali. Le conoscenze dei gruppi di ricerca coinvolti nel progetto saranno integrate per la realizzazione di questi obiettivi, che sono sviluppabili, nei termini di una efficace azione anche a livello europeo, nell'arco di un periodo triennale; sono previste inoltre intense attività di disseminazione della conoscenza, integrazione delle metodologie in un sistema unificato, nonché l'ottimizzazione e la coordinazione di risorse scientifiche, tecniche e progettuali. 4.2 L IR permetterà un significativo progresso scientifico in confronto ad altre esistenti infrastrutture dello stesso tipo e quale grado di unicità avrà a livello Nazionale/Europeo/Globale? L'IR I-VILLAGE permetterà un significativo progresso scientifico, in quanto per la prima volta verrà resa disponibile un'infrastruttura HPC integrata, dedicata alle scienze molecolari, della vita, dei materiali, dell'ambiente ed alle nanoscienze. Negli ultimi anni termini come "in silico design" o "high-throughput computational approaches" sono divenuti familiari nella comunità scientifica, grazie soprattutto all'impressionante sviluppo delle metodologie computazionali modellistiche (computational science). La comunità degli scienziati molecolari sta fornendo un importante contributo allo sviluppo di questo settore. Le iniziative intraprese a livello europeo (ad esempio DEISA, EGEE-II, EGI) sono state determinate da richieste di calcolo "general purpose" e ben poco orientate alle scienze applicate. L'iniziativa IR I- VILLAGE vuole superare questa limitazione offrendo un ambiente operativo dove i ricercatori con una visione molecolare delle scienze dei materiali, dei biosistemi e dell'ambiente e delle nanoscienze, oltre ad intervenire direttamente sul software dedicato e ad operare sui codici di calcolo per adattarli ad ambienti paralleli, stanno attivamente creando clusters e facilities dedicate; solo così infatti è possibile ottimizzare ed integrare i diversi livelli di hardware, software, database e visualizzazione per eseguire i complessi ed estesi calcoli, e le successive elaborazioni ed integrazioni di dati, che tipicamente sono richiesti nelle applicazioni della chimica computazionale in scienza dei materiali e nanoscienze, biosistemi ed scienze ambientali. L'unicità della IR proposta consiste anche nelle soluzioni che si intendono implementare in termini di tecnologie integrate di calcolo. Infatti, le nuove metodologie sviluppate ed integrate nella presente IR verranno rese disponibili sulle più recenti tecnologie per il calcolo numerico intensivo. Alcune di queste nuove tecnologie rappresentano uno sviluppo ulteriore di quanto attualmente disponibile per applicazioni parallele su architetture cosiddette "multi-core". Infatti, insieme alle linee di sviluppo di processori "multi-core", i maggiori produttori stanno consolidando sempre più soluzioni HPC basate su unità di calcolo addizionali fino a poco tempo fa dedicate a specifiche applicazioni di settore. Queste nuove tecnologie, basate su dispositivi FPGA (Filed Programmable Gate Array) e GP-GPU (General Purpose Graphic Processor Unit) permettono a costi estremamente contenuti, di ottenere architetture cosiddette "many-core" con prestazioni di uno o due ordini di grandezza superiori rispetto ai sistemi "multi-core". Ovviamente, perché tali prestazioni diventino accessibili alla comunità scientifica, è necessario un

6 Page 6 of 16 processo di porting delle applicazioni parallele numericamente più intensive. Questo processo viene garantito nella sua fattibilità dalle conoscenze ed esperienze disponibili all'interno dell'ir e dalla collaborazione con l'istituto ECIT della Queen's University di Belfast. 4.3 Lo sviluppo dell IR avrà impatto e importanza per stimolare altre esistenti o future installazioni? Lo sviluppo dell'ir I-VILLAGE permetterà di stimolare iniziative di grid e shared HPC già presenti nel panorama europeo (ad esempio DEISA, EGEE-II, EGI) verso una razionalizzazione delle risorse che risponda alle esigenze fondamentali della comunità scientifica di area molecolare, nanotecnologica, materialistica, biologica ed ambientale. La realizzazione di questi obiettivi richiede uno schema di accesso modulare alle risorse integrate di codici, metodologie ed architetture di calcolo, che sia al tempo stesso di uso generale ed intuitivo. I-VILLAGE intende perciò configurarsi come un database di metodologie ovvero una collezione di sistemi esperti integrati applicazione-dati, a disposizione delle realtà produttive del paese, articolata in progetti di ricerca dedicati al calcolo molecolare e supramolecolare. I-VILLAGE intende costituire una dorsale per la creazione e l impiego di una griglia computazionale ad alte prestazioni distribuita sul territorio nazionale, dedicata al calcolo per la scienza dei materiali, le nanoscienze, i biosistemi e le scienze ambientali. Queste attività sono in linea con i più recenti sviluppi in EU, Giappone e USA per le tecnologie del supercalcolo (HPC) proponendo cosi l'ir come possibile link (partner) di collaborazioni paneuropee nel settore ICT dedicato alle scienze molecolari, biologiche, ambientali, dei materiali e nanoscienze. 4.4 Qual è il livello di collaborazione che ha portato alla formulazione della proposta (nazionale, europeo, globale)? I-VILLAGE è costituito da diversi gruppi di ricerca italiani, ognuno con specifiche esperienze nel campo del modelling e della descrizione in silico di sistemi molecolari, che nel loro insieme coprono uno spettro molto ampio di tecnologie computazionali. La rete I-VILLAGE comprende unità di ricerca dedicate al calcolo per le scienze molecolari di provenienza CNR (CNR-VILLAGE, Dip. Progettazione Molecolare - Progetto VII ), universitaria e già presente sotto forma di centro di riferimento strutturato per il calcolo scientifico dedicato alle scienze dei materiali (INSTM-VILLAGE, consorzio INSTM), con l'aggiunta di altre sedi universitarie in corso di aggregazione. Infine è coinvolto il CASPUR per la co-gestione tecnica e competenze scientifiche specifiche dedicate al modeling di bio-sistemi in collaborazione con l'università La Sapienza di Roma e il consorzio SPACI, che offre competenze tecniche e supporta l'attività computazionale su nanoscienze e chimica teorica del Laboratorio Nazionale di Nanotecnologia (NNL) dell'infm-cnr. SPACI è inoltre centro associato del Centro euro-mediterraneo per i cambiamenti climatici (CMCC). I nodi universitari principali sono Napoli (Università di Napoli Federico II, U-Na) e Padova (Università di Padova, U-Pd). Altre unità universitarie sono Milano Bicocca (U- Mib), Modena (U-Mo), e Perugia (U-Pg). Il nodo CNR principale è l'ipcf (Pisa), mentre gli altri nodi in corso di attivazione sono NNL (INFM-CNR), NEST (National Enterprise for nanoscience and nanotechnology, INSTM-CNR e Scuola Normale Superiore di Pisa), ed il laboratorio virtuale integrato napoletano (IBB, ICTP, IMCB del DPM). Altri nodi principali sono il Consorzio CASPUR, di cui l'università la Sapienza di Roma è ente fondatore e partecipa a questo progetto con il suo Dipartimento di Scienze Biochimiche, ed il Consorzio SPACI in diretto collegamento con NNL (Lecce). I vari partner sono già collegati da accordi e convenzioni per la collaborazione

7 Page 7 of 16 scientifica e tecnologica. In particolare - I nodi universitari di Napoli, Padova, Mi Bicocca, Modena, Perugia sono gia collegati nel centro di riferimento INSTM-VILLAGE - I nodi INSTM e CNR sono legati all'interno della convenzione PROMO - CNR (Dip. Progettazione Molecolare) ha stipulato una convenzione di collaborazione con CASPUR - CNR (Dip. Progettazione Molecolare) ha una convezione attivata con il nodo universitario di Napoli - CNR (Dip. Materiali e Dispositivi) ha una convenzione attivata con CASPUR - CASPUR e Università La Sapienza sono legati da una convenzione. 5. PROSPETTIVE DI SVILUPPO TECNICO E TECNOLOGICO 5.1 Grado di maturità della proposta (barrare la casella che interessa) Fase A: piano scientifico dettagliato; valutazioni preliminari degli aspetti tecnici, della fattibilità e del funzionamento; stima preliminare dei costi. 5.2 La scala temporale per le fasi di progettazione, costruzione e funzionamento è definita? 5.3 L analisi dei rischi e dei vantaggi è sviluppata? 5.4 Il progetto della IR è basato su contenuti fortemente innovativi sul piano strumentale o metodologico? 5.5 E già disponibile personale addestrato per le fasi di sviluppo e funzionamento della IR? 5.6 In caso di IR localizzata all estero e possibile prevedere un forte contributo in-kind ad alto contenuto scientifico/tecnico e industriale (parti della infrastruttura principale)? 5.7 La IR si interfaccerà/integrerà con e-infrastructures internazionali? (ad. es. Geant, grid, banche dati ).

8 Page 8 of 16 6.VALUTAZIONE DELL UTENZA 6.1 Quale sarà il bacino di utenza della IR a livello nazionale/europeo/globale? europeo 6.2 Quantificare l utenza potenziale I-VILLAGE si pone diversi obiettivi (favorire le interazioni tra le comunità scientifiche italiane; fornire ai gruppi di ricerca in Italia gli strumenti computazionali per applicazioni negli ambiti di scienze dei materiali, della vita e dell'ambiente e nanoscienze; valutare e realizzare efficienti griglie computazionali orientate alla ricerca; rendere immediatamente disponibili per ricerche sperimentali e per applicazioni industriali le metodologie innovative ed il relativo software sviluppati in ambiti di ricerca accademici), rivolti sia alla ricerca di base che applicata. L'utenza di immediato riferimento (ricerca di base) è quantificabile in termini di ricercatori e studenti operanti nelle scienze molecolari con metodi di modeling ( persone) in Italia, con potenziali aperture alla comunità chimica, fisica e biologica (ca persone). Inoltre sono già in fase avanzata accordi con altre realtà della ricerca di base europea (soprattutto Francia, Irlanda e Polonia). 6.3 Qual è il grado di coinvolgimento e di internazionalità dell utenza nell elaborazione del progetto (caso scientifico, proposta, caso tecnico)? caso scientifico Spiegazioni/chiarimenti: Un numero crescente di imprese italiane ha compreso la convenienza economica di disporre di strumenti di modelling per lo studio di sistemi complessi. I-VILLAGE provvederà allo sviluppo di metodi in silico a beneficio di imprese e laboratori di ricerca applicata. A tale scopo si svilupperà un sito di accesso alla rete telematica basato sulla risoluzione diretta di problemi in modo intuitivo. L utente potrà: a) definire il sistema di interesse, con verifica delle ipotesi rispetto a dati consolidati; b) richiedere il calcolo di proprietà selezionate; c) elaborare e visualizzare i risultati, con confronto / accumulo in basi dati ad alta accessibilità. L'implementazione finale consentirà l'accesso a tutte le risorse disponibili sulla rete (è già attivo il portale Già in questa fase preliminare sono attive collaborazioni con la ST Microelectronics e la Hewlett-Packard Italiana. 6.4 L impiego e l impatto della IR hanno natura multidisciplinare o specifica? multidisciplinare Spiegazioni/chiarimenti: L'impiego di tecniche modellistiche costituisce una azione multidisciplinare, che comprende competenze integrate, presenti in I-VILLAGE: - Metodi ab initio basati sulla Teoria del Funzionale della Densità - Metodi di dinamica classica, semiclassica e quantistica - Metodi multiconfigurazionali per lo studio di stati eccitati ed il calcolo di proprietà di trasporto di carica - Metodi per il calcolo di parametri spettroscopici - Simulazioni di dinamica molecolare per la determinazione di parametri strutturali e

9 Page 9 of 16 termodinamici - Metodi tight binding statici e dinamici - Metodi con approssimazione di inviluppo - Approcci di modellizzazione stocastici per lo studio delle proprietà di sistemi multifase - Simulazioni "coarse grained" per l'interpretazione di proprietà dei materiali su scala nanometrica e micrometrica - Approcci ad elementi finiti per la soluzione di equazioni idrodinamiche - Elettromagnetismo computazionale - Bioinformatica e Biologia Computazionale 6.5 Ci si attende un utenza più ampia rispetto a quella di riferimento? Spiegazioni/chiarimenti: Tra gli obiettivi di I-VILLAGE sono - Interazione e dialogo con le industrie e le aziende che intendono utilizzare strumenti computazionali. La capacità di realizzare un feedback reciproco tra imprese private e istituzioni accademiche è comprovata da numerose esperienze pregresse ed in atto - Diffusione del know-how ed attività di consulenza - Formazione e impiego di giovani ricercatori L'ulteriore ampliamento all'ambito applicativo ed industriale può portare gli utenti potenziali interessati a numeri rivelanti ( persone). Ciò è anche dovuto al fatto che I-VILLAGE si rivolge a realtà di impresa leader nel settore dell'high Performance Computing, fornendo metodologie e nuove applicazioni nel campo delle scienze molecolari. In particolare, tra le imprese già coinvolte in progetti collaborativi con i nodi primari di I-VILLAGE sono da ricordare - Hewlett Packard - IBM - Dell - ST Microelectronics 6.6 Come sono trattati gli aspetti della formazione di nuovi e giovani utenti? L Italia ha bisogno di ricercatori preparati nell ambito del modelling molecolare, che possano contribuire allo sviluppo di ricerca ad alto livello nei campi delle scienze e tecnologie dei materiali, nanotecnologie, biomateriali etc. Perciò I-VILLAGE intende porsi al centro dell attività di recruitment & training di giovani ricercatori nell area delle metodologie in silico per la chimica e la fisica, impiegando le connessioni tra i gruppi di ricerca partecipanti, ed il vasto network interrelazionale in ambito accademico già esistente. I-VILLAGE si adopererà inoltre ad agire come intermediario tra il modo industriale e quello universitario e degli enti di ricerca, tramite l organizzazione di corsi e workshop di breve e media durata, concentrati sulla multidisciplinarietà ed utilizzati per favorire l incontro tra ricercatori qualificati a livello sia pre che post-dottorato con industrie e laboratori di ricerca privati. 6.7 La proposta prevede le modalità di open access a tutti i potenziali utenti internazionali sulla sola base della qualità scientifica dei progetti sottomessi? 6.8 Come si valuta (previsione) l impatto che l IR avrà sulla qualità e quantità di progetti nazionali e sulla loro competitività internazionale? I-VILLAGE opererà come contenitore e struttura portante di progetti specifici nei seguenti ambiti primari

10 Page 10 of 16 - Scienze dei Materiali / SEASANDS (Scientific Environment Aimed to an in Silico Approach to Nanomaterial Design and Structure) - Biosistemi / SEASAILS (Scientific Environment Aimed to an in Silico Approach to Innovation in Life Sciences) - Scienze dell Ambiente / SEAISLES (Scientific Environment Aimed to an In Silico Laboratory for Environmental Sciences). Per i primi due ambiti sono già stati proposti progetti specifici al MIUR, mentre per le scienze ambientali è prevista la partecipazione alla piattaforma SusChem ed al progetto Reach. 6.9 In caso di IR localizzata all estero e previsto un contributo in kind rivolto all utenza scientifica? (strumentazione, stazioni sperimentali, outstations italiane) outstations italiane NOTE: I-VILLAGE intende essere un attore primario a livello europeo nell'ambito delle iniziative dedicate al calcolo scientifico distribuito. In particolare, l'iniziativa I-VILLAGE viene promossa dall'italia verso il resto delle comunità delle scienze molecolari, dei materiali, della vita e dell'ambiente in ambito europeo. Infatti, attraverso la già prevista costituzione del network EU-VILLAGE, ci si propone di espandere l'ambiente computazionale espressamente progettato per gli scopi dei ricercatori a tutta l'europa. A dimostrazione della prospettiva concreta di allargamento di I-VILLAGE a EU-VILLAGE citiamo le espressioni di interesse già espresse da parte di diversi gruppi europei tra cui: Reseau Francais de Chimie Computationale, Deparement de Chimie del CNRS francese, Universitat de Catalunya (Spagna), University of Wroclaw (Polonia), Tyndall Institute, Cork (Ireland), ECIT of Queen's University, Belfast, University of Namur (Belgio). 7. ASPETTI SOCIO-ECONOMICI 7.1 La proposta di IR prevede opportunità di addestramento e trasferimento tecnologico verso il territorio? Spiegazioni/commenti: I-VILLAGE è basato sull'idea di creare un servizio di consultazione on demand come partnership tra pubblico e laboratori pubblici / imprese private, nonché di sviluppare progetti collaborativi per favorire il progresso tecnologico. Un numero crescente di imprese italiane ha compreso la convenienza economica di disporre di efficaci strumenti di modelling per lo studio di sistemi complessi. La capacità di prevedere caratteristiche strutturali, ottiche ed elettroniche in base alla struttura molecolare e sopramolecolare consente di razionalizzare l'implementazione produttiva ed ottimizzare i costi ed i tempi R&D. La disponibilità di efficaci strumenti computazionali esiste già oggi nei laboratori pubblici dedicati alla ricerca di base chimica e deve essere trasferita in ambito industriale per consentire immediati ritorni produttivi. L'addestramento all'impiego di protocolli per il modelling avanzato avrà anche luogo tramite il portale dell'ir, 7.2 La proposta prevede partenariati nazionali/internazionali per le diverse fasi di

11 Page 11 of 16 realizzazione e conduzione della IR? Spiegazioni/commenti: I-VILLAGE punta alla realizzazione di un'unica struttura per la descrizione computazionale di fenomeni multiscala, ottenuta combinando implementazioni differenti per i diversi metodi teorici; in secondo luogo, il progetto mira a rendere facilmente accessibile un sistema computazionale integrato ad alte prestazioni e di facile accesso per le comunità scientifica e industriale italiane. Tali obiettivi saranno realizzati attraverso progetti pilota specifici che si rivolgeranno a partner sia in ambito italiano (CNR, Università) che europeo. Oltre a focalizzare le attività dei gruppi di lavoro su compiti specifici di rilevante interesse scientifico, questi rappresenteranno dei banchi di prova per selezionare le migliori soluzioni tecnologiche e per testare l'integrazione dei metodi per le diverse scale dimensionali e temporali. 7.3 Sono previsti meccanismi di associazione di altri potenziali partner in una fase successiva? Spiegazioni/commenti: I-VILLAGE è aperto ad un controllato ampliamento dei propri nodi, e prevede specifici meccanismi di associazione a livello nazionale e, nel quadro EU-VILLAGE, anche europeo. Possono chiedere l'adesione a I-VILLAGE, come nuovi Nodi Primari, gruppi di ricerca o laboratori locali di Università ed Enti di ricerca pubblici e privati italiani (e nel quadro EU-VILLAGE anche europei)comprendenti almeno quattro ricercatori strutturati afferenti a Università ed Enti di ricerca pubblici e privati, che svolgano una riconosciuta attività nel campo della cosiddetta "computational science" e possano dimostrare esperienze significative in almeno due delle seguenti aree: - Grid computing dedicato al calcolo scientifico - Sviluppo di nuove metodologie teoriche interpretative per il calcolo scientifico - Sviluppo di nuovi codici avanzati per il calcolo scientifico 7.4 La IR individua ulteriori obiettivi di tipo socio-economico? Spiegazioni/commenti: Tra gli obiettivi di importanza strategica che I-VILLAGE porrà al centro della sua attenzione è lo sviluppo di metodologie in silico che rispondano all'esigenza di determinare in modo efficace ed economicamente contenuto l'impatto ambientale di nuove tecnologie. In generale, lo sviluppo e la diffusione di metodi computazionali per le problematiche ambientali è senz'altro sottodimensionato nel panorama italiano e deve essere potenziato. NOTE: Un esempio illuminante è la determinazione della tossicità intrinseca di micro/nanoparticelle di varia forma, composizione chimica e proprietà chimico-fisiche, dai sistemi colloidali alle nanoparticelle metalliche fino a giungere ai nanotubi funzionalizzati: la intrinseca complessità del problema, ed in particolare la completa novità delle proprietà dei sistemi nanometrici rispetto alla scala macroscopica, indirizza decisamente verso un approccio che combini una attenta casistica sperimentale con una accurata descrizione modellistica. I-VILLAGE può configurarsi come il crocevia di

12 Page 12 of 16 una intensa attività di ricerca e diffusione di nuove tecnologie per la determinazione di limiti per la tossicità e/o la capacità di penetrazione di nanoparticelle, al di là di studi puramente empirici, necessariamente costosi, limitati e di difficile realizzazione. 8. ASPETTI FINANZIARI E TERRITORIALI 8.1 Indicare la valutazione dei costi della IR inclusivi di costruzione, funzionamento e decommissioning. Costruzione: 5450 ke Funzionamento: 1700 ke Decommissioning: 100 ke 8.2 I costi dichiarati della IR riguardano la configurazione massima oppure un suo sotto-insieme iniziale da incrementare successivamente? (investimento iniziale e successivi costi di sviluppo e completamento) Investimento iniziale Fase preparatoria: 50 ke Costruzione (pre 2008) - Creazione dei nodi primari esistenti (Napoli 800 ke, Padova 450 ke, Roma 250 ke, Pisa 100 ke, Lecce 1500 ke) Costruzione (triennio ) - Potenziamento nodi primari esistenti (Napoli 350 ke, Padova 250 ke, Pisa 750 ke, Lecce 250 ke) - Creazione nuovi nodi (Perugia 100 ke, Lab. Virt. Napoli 100 ke) - Grants (Ph.D. e post-doc, 120 mesi-persona/anno, tot. 500 ke) Funzionamento (pre 2008) - Manutenzione corrente: per il ke Funzionamento (cifre relative all'intero triennio ) - Manutenzione hardware e software: 700 ke - Supporto utenti (help desk, web tools, ecc.): 150 ke - Sviluppo di tecnologie grid: 150 ke - Disseminazione (workshops, publishing, P.R.): 100 ke - Personale tecnico: 400 ke Decommissioning (2011) - Spese chiusura attività: 100 ke 8.3 La proposta contiene un piano finanziario con copertura realistica delle spese? C è già un piano di supporto finanziario espresso a livello istituzionale? I-VILLAGE dispone di un piano finanziario di copertura. Uno schema semplificato delle uscite per la manutenzione della struttura esistente per il 2007 è il seguente - Hardware 120 ke - Software 35 ke - Networking 15 ke - Sviluppo software 15 ke/anno - Scambio di personale 15 ke/anno Questo prospetto andrà integrato per il triennio in dipendenza dallo sviluppo dell'ir. E' previsto un piano di supporto finanziario istituzionale, suddiviso nei fondi

13 Page 13 of 16 - Fondi per la ricerca U. di Napoli Federico II - Finanziamenti Grandi attrezzature U. di Padova - Fondi per la ricerca U. di Roma La Sapienza - Fondi CASPUR - Convenzione PROMO CNR-INSTM - Fondi PRIN 2005, Finanziamento PRISMA-INSTM Finanziamento Compagnia di San Paolo Fondi Progetto VII CNR-DPM Fondi BEingGrid, PROGIMM, PROCTEMA, CMCC - Fondi Progetto Europeo ERC (Lecce) Fondi CNR-DPM, CNR-DMD Nell'attuale configurazione I-VILLAGE dispone dei fondi necessari alla manutenzione per un biennio. 8.4 Quali fasi del progetto sono eventualmente già finanziate e con quale schema di contribuzione in presenza di più partners? La fase di costruzione (nucleo fondante dei nodi primari) è stata finanziata con lo schema di ripartizione seguente - Creazione dei nodi primari esistenti - Napoli: 800 ke / Fondi U. Napoli - Creazione dei nodi primari esistenti - Padova: 450 ke / Fondi "Grandi Attrezzature" U. Padova - Creazione dei nodi primari esistenti Roma: 250 ke / Fondi CASPUR, CNR-DPM, U. Roma - Creazione dei nodi primari esistenti - Pisa: 100 ke / Fondi CNR/DPM - Creazione dei nodi primari esistenti - Lecce: 1500 ke / Fondi Agilent, FP7, PON Avv. 68, Interring - Manutenzione corrente: per il ke / Principalmente fondi CNR-INSTM PROMO Lo sviluppo dell'ir comporta necessariamente che a questi si debbano aggiungere contributi straordinari derivanti da CNR, INSTM, MIUR, Università, ed eventualmente finanziamenti derivanti da Fondazioni Bancarie. 8.5 La valorizzazione del sito (per es. IR preesistenti) è rilevante ai fini della realizzazione della nuova IR? 8.6 La dimensione dei costi del progetto merita o necessita di supporto finanziario a livello EU? Se sì, è necessario un approccio Pan-Europeo? Spiegazioni: L'ampliamento del progetto a livello europeo è fondamentale per integrare l'esperienza specifica dell'ir in ambito continentale ed evidenziare il ruolo guida del circuito I- VILLAGE. La costituzione di un circuito europeo (EU-VILLAGE) è in effetti in fase di avanzata realizzazione e si presta alla diffusione del know-how sviluppato in Italia e condiviso con vari partner europei. 8.7 Esiste la possibilità di un recupero finanziario se la IR va a sostituirne o a migliorarne una già esistente, della stessa tipologia?

14 Page 14 of 16 Spiegazioni: L'IR permette di ampliare la strutture di INSTM-VILLAGE e CNR-VILLAGE, integrare gli sforzi collaborativi già avviati in ambito universitario e CNR (progetto PROMO), favorire, rilanciandola, l'attività dedicata al modelling dei Dipartimenti di Progettazione Molecolare e Materiali e Dispositivi del CNR, e potenziare la collaborazione tra i diversi nodi (ad es. Napoli, Padova e Lecce) mediante la complementarietà della loro offerta anche in relazione ai distretti regionali industriali di competenza (rispettivamente Campania, Veneto e Dhitech). 8.8 È stata esplorata la possibilità di utilizzare Fondi Strutturali? 8.9 È stata valutata la possibilità di proporre la nuova IR per la roadmap ESFRI (impatto pan-europeo)? 8.10 La IR è già prevista nella strategia di un Ente o Consorzio o ATI italiani o internazionali? Se Sì, indicare l'ente o il Consorzio o l'ati: CNR, INSTM 8.11 È stata esplorata la possibilità di concorso finanziario regionale? 8.12 Valutazione del ritorno socio/economico territoriale della IR L'IR è aperta a programmi di condivisione interna ed esterna delle notevoli competenze scientifiche e della stessa attrezzatura di calcolo. In particolare, si può fin d'ora prevedere che l'ir costituirà un punto di focalizzazione importante per la consulenza e per lo sviluppo di progetti di calcolo tecnico-scientifico, in particolare rispetto ad utenti provenienti dalle realtà produttive afferenti a distretti tecnologici (e.g. Distretti Campano, Veneto, Dhitech per la soluzione di problemi di modellazione di materiali complessi e nanomateriali). Lo sviluppo di nuove tecnologie favorite dalla IR riguarderà aree diverse e ad alto impatto tecnologico Valutazione del ritorno industriale della IR Tra le aree applicative ove maggiore potrebbe essere il contributo fornito dall'approccio computazionale alla ricerca e sviluppo in diversi settori si possono citare, a titolo illustrativo e certamente non esaustivo: - Progettazione di materiali con proprietà elettriche e magnetiche speciali - Sviluppo di materiali innovativi stabili (ad esempio fullerenici) e metastabili (amorfi) - Progettazione razionale ed analisi computazionale delle interazioni proteina-farmaco ("lock-key chemistry") - Sviluppo di metodologie per la valutazione ed il rimedio all'impatto ambientale di nanotecnologie - Progettazione di dispositivi organici elettroluminescenti (OLED) e celle solari - Sviluppo di metodologie per la sintesi e la caratterizzazione di sistemi molecolari in

15 Page 15 of 16 micro e nanoscala - Progettazione in silico di nuovi biosensori 8.14 Valutazione dell impatto formativo di ricercatori/tecnici/ingegneri/gestionali della IR Lo sviluppo di piattaforme di calcolo con prestazioni prossime al petaflops consente di coniugare il rigore degli approcci ab initio con l'esigenza di simulazione realistica di sistemi complessi. Obiettivo primario è la predizione delle proprietà di sistemi molecolari, supramolecolari e nanoscopici in ambienti simili a quelli in cui operano realmente nei processi di interesse biologico, tecnologico ed ambientale. I modelli sviluppati nell'ambito delle scienze molecolari, assieme ai corrispondenti approcci della scienza e tecnologia dei materiali, delle nanoscienze e della biologia computazionale rivestono un'importanza strategica nel quadro della moderna competizione industriale, centrata sull'innovazione di prodotto. Lo sviluppo di una nuova generazione di ricercatori, capaci di comprendere ed integrare le diverse competenze necessarie all'applicazione dei metodi in silico, è di fondamentale importanza per un paese che voglia porsi all'avanguardia nella ricerca di base e applicata La proposta prevede la partecipazione a IR localizzate all estero? Sono stati valutati i possibili contributi in-kind, il ritorno industriale, scientifico e formativo? I-VILLAGE si propone di coordinare e favorire la costituzione di cordate di partecipazione a progetti di ricerca nazionali ed europei (FP7). L'infrastruttura proposta è particolarmente adatta ad essere inserita in griglie computazionali multidsciplinari, mirate alla condivisione delle risorse di calcolo e soprattutto del know-how specifico dei partecipanti, non disponibile in forma coesa in altre comunità scientifiche (fisici, biologi) ed espressamente dedicato alle scienze molecolari applicate. Tabella Costi Costi Strategia di finanziamento Costo Fase Preparatoria ,00 Frazione già spesa o impegnata: ,00 Costo Fase di Costruzione ,00 Costruzione (pre 2008) - Creazione dei nodi primari esistenti - Napoli: Creazione dei nodi primari esistenti - Padova: Creazione dei nodi primari esistenti - Roma: Creazione dei nodi primari esistenti - Pisa: Creazione dei nodi primari esistenti - Lecce: Costruzione (triennio ) - Potenziamento nodi primari esistenti: Napoli , Padova , Lecce ) - Sviluppo nodo primario Pisa: Costituzione nuovi nodi (Perugia , Lab. Virt. Na ) - Grants (120 mesi-persona/anno di Ph.D. e post-doc): Costo Operatività Annua (incluso supporto utenti) ,00 Funzionamento (pre 2008) - Manutenzione corrente: per il Funzionamento (cifre relative all'intero triennio 2008-

16 Page 16 of ) - Manutenzione hardware e software: Supporto utenti (help desk, web tools, ecc.): Sviluppo di tecnologie grid: Disseminazione (workshops, publishing, P.R.): Personale tecnico: Costo Chiusura e Smantellamento ,00 Fusione-integrazione con strutture internazionali 9. Scala temporale prevista per la progettazione e la costruzione, inizio attività con utenti, periodo di operatività e chiusura/smantellamento Fase Preparatorio 6 mesi (giugno-dicembre 2007) Fase di Costruzione 6 mesi (gennaio-giugno 2008) Periodo di Attività 30 mesi (giugno 2008-dicembre 2010) Smantellamento 2 mesi (inizio 2011) NOTE: Il periodo di costruzione indicato si riferisce - All'ampliamento dei nodi primari e potenziamento dei nodi esistenti - Set-up di sportello assistenza utenti mediante web interface - Creazione di facilities di calcolo distribuito - Reclutamento personale tecnico e ricercatore Il periodo di smantellamento è da configurarsi come il merging dell'ir in strutture a livello nazionale e/o europeo. 10. Indicare la persona di riferimento del progetto e sue coordinate Cognome BARONE Nome VINCENZO Ente di appartenenza Istituto per i Processi Chimico Fisici del CNR (IPCF) / Università degli Studi di Napoli Federico II Telefono

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