Oltre i processori tradizionali nelle geoscienze

In media, ogni anno si verificano 1 100 terremoti con sufficiente potenziale per causare feriti e perdite di vite umane, come anche danni alle infrastrutture. La progettazione di un ambiente umano con resistenza sismica adeguata è, tuttavia, una grande sfida scientifica e ingegneristica. La difficoltà principale è data dalla complessità dei processi fisici che avvengono sotto la superficie della Terra.

È stato appreso molto sui processi di rottura di faglia, attraverso lo studio scientifico delle misurazioni relative allo scuotimento del suolo. Attingendo dagli avanzamenti nel calcolo computazionale, sussiste un’ottima opportunità per accurate simulazioni numeriche. I modelli basati sulla fisica offrono una migliore comprensione del modo in cui le strutture geologiche del sottosuolo influenzano lo scuotimento del suolo.

Lo scopo del progetto HPC-GA (High performance computing for geophysics applications), finanziato dall’UE, è quello di sfruttare e ottimizzare l’esistente infrastruttura computazionale presente all’interno delle strutture europee per la valutazione relativa al pericolo dei terremoti. A questo scopo, è stato riunito un consorzio internazionale multidisciplinare di ricercatori europei e sudamericani.

I membri del team hanno valutato le funzionalità fornite dagli attuali sistemi di runtime e ne hanno esposto i vincoli. Le simulazioni di scuotimento del suolo necessitano di abbracciare vari sottosistemi operanti su scale diverse. L’accoppiamento dei sottosistemi di modellizzazione è essenziale, ma è limitato dalla potenza computazionale richiesta per gestire una crescente quantità di dati.

Il passo successivo è stato, quindi, quello di sviluppare nuovi metodi per la pianificazione efficiente dei processi e la distribuzione intelligente dei dati su ambienti computazionali multicore con memoria condivisa. Inoltre, i ricercatori hanno realizzato algoritmi adattivi formatori di fasci su un’architettura computazionale parallela, al fine di ottenere informazioni utili anche dai dati disturbati relativi alle onde sismiche.

Per l’inversione 3D congiunta di dati sismici, magneto-tellurici e sulla gravità, sono stati sviluppati algoritmi dedicati. I dati acquisiti nelle indagini geologiche sono solitamente limitati alla superficie della Terra o al sottosuolo superficiale, spesso con ampia spaziatura tra i siti di misura. L’approccio congiunto applicato promette modelli in grado di spiegare tutti i dati contemporaneamente.

Il progetto di HPC-GA ha prodotto molti progressi nella tecnologia computazionale e nei metodi numerici, al fine di portare avanti modelli di geodinamica e propagazione delle onde sismiche con risoluzioni senza precedenti. Informazioni più affidabili comporteranno una più profonda comprensione della fisica dei terremoti e una stima più accurata del rischio sismico per le infrastrutture critiche.