Las supercomputadores, necesarias para la ciencia hoy. En China una máquina con 3 millones de CPU

Ya sea que una computadora simule el flujo de aire sobre el ala de un avión, el doblamiento de una proteína o la evolución de una estrella, los cálculos requeridos para cada uno de estos casos son tan numerosos que con una máquina convencional tomaría meses o años realizarlos.
 
En cambio, las súpercomputadoras reducen ese tiempo drásticamente a horas o a minutos y es por eso es que se han convertido en instrumentos indispensables en el estudio de fenómenos y procesos que antes habrían sido demasiado grandes, lentos, complejos y difíciles de comprender.
 
Para las ciencias de la Tierra, en particular, se han vuelto indispensables porque muchos de los estudios en este campo dependen de redes espaciales muy finas y de la integración de muchísimos pasos para resolver ecuaciones que expresan matemáticamente los procesos físicos.
 
“En el Centro de Geociencias de la Universidad Nacional Autónoma de México queremos entender cómo funciona la Tierra, por qué hay volcanes, dónde están, por qué están ahí y no en otro lugar; cómo se forman las cordilleras o por qué tenemos trincheras en el Océano Pacífico”, comentó Vlad Manea, investigador de dicha dependencia durante su participación en el en el Primer Encuentro de Ciencia y Humanismo Centro, realizado hace algunas semanas en Juriquila, Querétaro.
 
“Todas esas preguntas parecen difíciles de contestar y algunas de las herramientas que podemos usar para responderlas son las súpercomputadoras. Desde hace cinco años tuvimos la iniciativa de construir la nuestra, a la medida, la llamamos Horus y con ella hemos comenzado varias investigaciones”.
 
Una de estas, comentó el especialista en geodinámica computacional, consiste en hacer simulaciones numéricas sobre la dispersión de ceniza volcánica a partir de datos en tiempo real provenientes del Servicio Meteorológico Nacional de México y del Centro Nacional de Prevención de Desastres.
 
“Se hace una predicción a 72 horas hacia adelante para que en el caso de una erupción volcánica se pueda determinar por dónde va la ceniza y en qué concentración. Esto es muy importante para la aviación en particular y en general para que las autoridades pertinentes puedan tomar medidas al respecto”, afirmó en el evento organizado por la Academia Mexicana de Ciencias.
 
Con los modelos computacionales que utiliza Horus se pueden predecir tanto la concentración de cenizas en el aire como la cantidad de cenizas que se depositan en el suelo. Estos modelos también podrían ser utilizados para simular la dispersión de otro tiempo de contaminantes en terrenos complejos, tales como las partículas liberadas durante los incendios forestales, polvo fino y aerosoles inertes, o emisiones de las grandes chimeneas industriales.
 
Otra de las investigaciones en el Centro es sobre lahares –flujos de lodo y escombros en las faldas de los volcanes– que generalmente se disparan cuando llueve intensamente. Estudiar el movimiento de estos materiales, aseguró el también miembro de la Academia Mexicana de Ciencias, es importante porque para las comunidades que viven cerca de donde fluyen representan un riesgo pues generalmente bajan desde las cumbres a altas velocidades.
 
A partir de la simulación de estos flujos con Horus se han hecho mapas de riesgo por lahares que podrían ayudar a los tomadores de decisiones a planear y, con ello, a prevenir el peligro de desastre por este tipo de fenómenos.
 
Además, Horus ha sido implementada para realizar simulaciones numéricas complejas para estudiar el comportamiento de las zonas de subducción de las placas tectónicas (cuando una placa se desliza sobre otra) y vulcanismo para la predicción de escenarios eruptivos.
 
Monstruos informáticos
 
Las súpercomputadoras tienen muchas unidades centrales de procesamiento (más conocidas como CPU) para dividir un problema en partes más pequeñas y trabajar simultáneamente en su resolución, explicó Manea. Es así como son capaces de ejecutar cientos de millones de instrucciones por segundo. Esta velocidad de procesamiento se mide en FLOP/s (en español operaciones de coma flotante por segundo, que es básicamente una operación aritmética básica: sumar, restar, dividir y multiplicar).
 
Por su utilidad en la resolución de problemas científicos, además de sociales y económicos, en la década de los cuarenta se desató una carrera mundial por desarrollar súpercomputadoras más eficientes, que a la fecha continúa.
 
“Tan solo la última publicación es de noviembre del año pasado de Top 500, el sitio de internet que enlista las súpercomputadoras más eficientes y rápidas, colocaba a China como líder mundial pues tiene una máquina hecha con más de 3 millones de CPU que logran una velocidad de cómputo de 33 PetaFLOP/s, esto es 33 mil millones de millones de cálculos por segundo que gastan alrededor de 17 megawhats”.
 
“Es un monstruo inmenso. Luego siguen Estados Unidos y Japón, pero habría que sumar el poder de cómputo de varios de esos países enlistados para igualar a China”.
 
En México no hay máquinas tan poderosas pero se están haciendo varios esfuerzos al respecto, reconoció. “A la fecha, Horus tiene alrededor de 400 CPU, más de 1.5 terabytes de memoria RAM y 50 terabytes de almacenamiento de datos, además de arreglos de servidores de alto rendimiento conectados de una manera especial con la red de velocidad”, afirmó. Se espera que esta máquina alcance el pico de 1+TFlops próximamente.