La struttura del Corso di Studio riflette la volontà di formare ingegneri capaci di affrontare problemi complessi da un punto di vista computazionale, attraverso l’uso integrato di competenze matematiche, informatiche e ingegneristiche. Particolare attenzione è rivolta all’innovazione tecnologica e scientifica, alla scalabilità delle soluzioni e alla multidisciplinarità delle applicazioni.
Il corso ti prepara ad affrontare la progettazione di applicazioni parallele basate su modelli matematico-statistici, l’analisi di dati complessi su larga scala sfruttando le potenzialità del supercalcolo, e lo sviluppo di soluzioni avanzate nel campo emergente della computazione quantistica.
Durante il tuo percorso acquisirai competenze articolate in aree chiave, che si integrano tra loro e ti permetteranno di affrontare in modo efficace le sfide dell’HPC.
Una solida formazione nei metodi numerici per simulazioni avanzate, con particolare attenzione alla modellazione differenziale e discreta, all’algebra lineare computazionale, e alle tecniche di discretizzazione e risoluzione numerica di equazioni alle derivate parziali, fondamentali per descrivere e simulare fenomeni fisici complessi.
Competenze avanzate nella programmazione parallela e distribuita, con approfondimenti su modelli computazionali, ambienti di sviluppo, strumenti e librerie per CPU multicore, GPU e supercomputer, fondamentali per sfruttare al meglio la parallelizzazione del calcolo, ridurre i tempi di esecuzione e affrontare problemi computazionalmente intensivi in modo efficiente.
Conoscenze approfondite delle architetture più moderne per calcoli ad alte prestazioni, dai processori vettoriali e pipeline, ai sistemi eterogenei con acceleratori tensoriali, fino ai più recenti processori quantistici, per comprendere e sfruttare le caratteristiche hardware nella progettazione di software ad alte prestazioni.
Competenze avanzate sul quantum computing, la frontiera del calcolo ad alte prestazioni, attraverso insegnamenti e progetti che affrontano lo sviluppo di algoritmi e simulazioni su sistemi quantistici. I corsi in questa particolare area di specializzazione offrono una panoramica completa sulle tecnologie quantisitiche che stanno ridefinendo i limiti della computazione.
Strumenti e tecniche di deep learning e intelligenza artificiale per la gestione di dati complessi e non strutturati, per l’analisi statistica e la modellazione predittiva e l’estrazione di conoscenza utile da grandi moli di dati. I recenti progressi nell’AI e lo sviluppo di modelli sempre più complessi richiedono tutta la potenza computazionale dell’HPC.
Confronto diretto con ambiti applicativi multidisciplinari, grazie a insegnamenti a scelta focalizzati su diversi domini scientifici (genomica, aerospazio, energia, meccanica, finanza…).In questi ambiti, l’HPC consente di accelerare l’elaborazione di dati complessi, potenziare le capacità di simulazione e modellazione numerica e affrontare problemi su scala reale.
Com’è strutturato il percorso?
La struttura del percorso garantisce un equilibrio tra teoria, pratica e progettualità, puntando sull’acquisizione di competenze immediatamente spendibili nel mondo del lavoro o nel contesto della ricerca avanzata.
L’articolazione su due anni consente una progressione coerente.
- Il primo anno offre una panoramica completa e integrata dei principali strumenti e dimensioni dell’HPC. Svilupperai le competenze fondamentali, dai metodi numerici alla programmazione parallela, dalle architetture computazionali e infrastrutture di calcolo più avanzate, fino al quantum computing.
- Il secondo anno è dedicato alla specializzazione tematica, al confronto diretto con i domini applicativi dell’HPC e allo sviluppo dell’autonomia progettuale. Grazie all’ampia offerta di insegnamenti a scelta in diversi ambiti scientifici e ingegneristici, potrai modellare il tuo percorso formativo in base ai tuoi interessi, obiettivi professionali o aspirazioni di ricerca.
Insegnamenti a scelta e direzioni tematiche
L’offerta fortemente multidisciplinare ti consente di personalizzare il tuo percorso formativo, spaziando dall’approfondimento metodologico all’esplorazione di contesti applicativi reali.
Potrai costruire il tuo piano di studi concentrandoti sugli ambiti che più ti interessano. A seconda delle tue scelte, potrai sviluppare competenze complementari che ti permetteranno di orientarti verso diverse aree di specializzazione, come ad esempio la modellazione numerica per simulazioni avanzate, il calcolo su larga scala e data-intensive, le infrastrutture di rete per il calcolo ad alte prestazioni, oppure le tecnologie quantistiche applicate al quantum computing.
All’interno di un percorso complessivo di 120 CFU, hai a disposizione 40 CFU di insegnamenti a scelta e 20 CFU destinati al progetto di tesi.
Il piano di studi consigliato ripartisce i 40 CFU di insegnamenti a scelta secondo la seguente articolazione:
10 CFU a scelta tra insegnamenti “affini” (matematica/statistica, elettronica, telecomunicazioni, tecnologie quantistiche): sono materie che approfondiscono aree complementari per potenziare le tue competenze in funzione degli interessi di specializzazione. Questi crediti possono essere dedicati a insegnamenti nelle seguenti macroaree disciplinari:
- Discipline legate al mondo “quantum”: per approfondire i fondamenti delle tecnologie quantistiche, settore emergente in rapida evoluzione che promette di rivoluzionare il paradigma del calcolo, offrendo soluzioni inedite a problemi computazionali intrattabili per i sistemi tradizionali. Questi insegnamenti forniscono una base teorica e applicativa a chi intende specializzarsi nello sviluppo di algoritmi e architetture quantistiche.
- Scienze matematiche e statistiche: per rafforzare la preparazione nell’ambito dei metodi numerici, probabilistici, statistici e nella modellazione fisica, fondamentali per affrontare problemi computazionali complessi in ambienti HPC. Queste competenze costituiscono la base per lo sviluppo di soluzioni algoritmiche scalabili, robuste ed efficienti.
- Ingegneria elettronica e delle telecomunicazioni: per acquisire conoscenze avanzate nella progettazione, realizzazione, caratterizzazione e collaudo di dispositivi, circuiti e sistemi per il trasferimento e l’elaborazione dei segnali. Queste tecnologie costituiscono l’infrastruttura su cui poggiano molte architetture di calcolo e reti di comunicazione avanzate, essenziali nel contesto HPC.
10 CFU a scelta in ambito informatico: coprono un ampio spettro di ambiti strategici per l’integrazione tra software avanzato e calcolo ad alte prestazioni, approfondiscono temi legati alla progettazione e ottimizzazione di sistemi distribuiti e embedded, all’analisi e gestione di dati in tempo reale, alla modellazione predittiva, alla sicurezza informatica e alla valutazione delle prestazioni. Completano il quadro le competenze su basi di dati, intelligenza artificiale e trasformazione del codice, per affrontare lo sviluppo di soluzioni scalabili, intelligenti e sicure in ambienti HPC complessi.
20 CFU a scelta in applicazioni multidisciplinari: questi insegnamenti ti offrono l’opportunità di esplorare in modo diretto l’impiego dell’HPC in diversi domini scientifici, ingegneristici e tecnologici. L’obiettivo è mostrare come le competenze acquisite possano essere applicate a problemi reali ad alta complessità, favorendo una formazione orientata alla risoluzione concreta di sfide interdisciplinari. Tra i vari ambiti:
- aerospazio, fluidodinamica e meccanica computazionale, per la simulazione di sistemi fisici complessi;
- modellazione energetica e sostenibilità, per l’analisi e l’ottimizzazione di sistemi energetici e ambientali;
- genomica e bioinformatica computazionale, dove l’HPC è essenziale per l’elaborazione e l’analisi di grandi moli di dati biologici;
- finanza computazionale, per la simulazione di scenari di mercato, l’analisi di serie storiche e la valutazione del rischio;
- informatica come ambito applicativo dell’HPC, ad esempio per lo sviluppo e il training di modelli di intelligenza artificiale, l’elaborazione di linguaggio naturale, o la co-progettazione hardware/software in sistemi ottimizzati per l’esecuzione massiva di algoritmi.
In tutti questi contesti, l’HPC è un abilitatore chiave per applicazioni computazionali intensive, che richiedono potenza di calcolo, parallelismo e scalabilità. L’apertura verso ambiti applicativi concreti consente di consolidare competenze metodologiche e di confrontarsi con problemi reali.
Progetto di tesi e prova finale
Il percorso di studio si conclude con 20 CFU dedicati al tuo progetto di tesi, che può avere un taglio applicativo, innovativo o di ricerca.
È un’opportunità per applicare in modo concreto le competenze acquisite, contribuire a progetti innovativi o di ricerca nel mondo dell’HPC e confrontarti con problemi reali e sfide ad alta complessità.
Multidisciplinarità in azione
Le attività progettuali previste nei diversi insegnamenti rappresentano un elemento distintivo del percorso formativo e della valutazione. In molte occasioni, nell’arco dei due anni, lavorerai in team su problemi reali o simulazioni complesse, mettendo in pratica le competenze acquisite.
Un aspetto particolarmente arricchente è la composizione eterogenea dei team e dell’intera classe di HPCE, che riunisce studenti con background diversi – ad esempio matematica, informatica, fisica o altri domini dell’ingegneria. Questa multidisciplinarità consente di mettere a fattor comune competenze e punti di forza eterogenei, favorendo l’apprendimento reciproco “peer-to-peer” e lo sviluppo di abilità di lavoro in team. Imparerai così a comunicare efficacemente tra discipline e a collaborare in contesti interdisciplinari, qualità essenziali sia nella ricerca sia nel mondo industriale.
Ma non solo lezioni ed esami!
Al Politecnico di Milano sono attive numerose Associazioni Studentesche, molte delle quali includono divisioni informatiche e, in alcuni casi, team dedicati all’HPC, alla simulazione numerica o alla gestione di carichi computazionali intensivi.
Partecipare alla vita di queste associazioni rappresenta un’opportunità concreta per applicare le competenze in ambito HPC a progetti extracurriculari, collaborare con studenti di altri corsi di studio su obiettivi comuni e interagire con professionisti del settore. Un’esperienza che arricchisce il percorso formativo e apre nuove prospettive professionali!
