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¿Cómo montar más de 6 millones de procesadores en un único supercomputador?

Proyecto EXANAESTLa próxima generación de superordenadores deberá ser capaz de completar un trillón de cálculos científicos con números reales por segundo. Estos equipos se conocen como computadores Exascala; su capacidad de cálculo permitirá llevar a cabo simulaciones y resolver problemas a una velocidad hasta ahora desconocida; más aún, solucionar problemas que ni se planteaban dado que la potencia de cálculo no permitía resolverlos.

Dentro de este campo, la Universitat Politècnica de València (UPV) participa en ExaNeSt, un proyecto europeo pionero en el campo de la ingeniería informática cuyo objetivo es construir un supercomputador escalable de máxima eficiencia en el que podrán trabajar más de seis millones de procesadores al mismo tiempo.

“Si trasladamos esta capacidad de cálculo a la vida real, sería el equivalente a que más de seis millones de individuos resolvieran en minutos, un problema para el que normalmente una persona necesitaría más de 10 años”, explica Julio Sahuquillo, investigador del Grupo de Arquitecturas Paralelas (GAP) del Departamento de Informática de Sistemas y Computadores de la UPV.

Sin embargo, todavía existen muchas limitaciones técnicas para que los supercomputadores puedan llegar a la categoría Exaescala. Los principales obstáculos son el consumo energético, los requerimientos de interconexión, el alto nivel de refrigeración y la necesidad de un almacenamiento permanente distribuido.

“Una de las novedades del supercomputador de ExaNeSt será la utilización de refrigeración líquida que permitirá disipar mayor cantidad de calor que la refrigeración por aire, lo que a su vez favorece una mayor concentración de procesadores, aumentando de esta forma la densidad de cómputo. Asimismo, el almacenamiento, en lugar de ser centralizado, se distribuirá entre los nodos a fin de minimizar las necesidades de comunicación entre ellos. Y en la red de interconexión, dentro del conmutador, introduciremos tecnología óptica, lo que permitirá reducir el número de cables requeridos para interconectar los procesadores en un factor superior a 100. Además, los cables ópticos son más finos, más ligeros y tienen un menor consumo energético que los cables eléctricos”, apunta Salvador Petit, investigador también del Grupo de Arquitecturas Paralelas de la UPV.

Junto al GAP UPV, en el proyecto participa también por parte de la UPV el Centro de Tecnología Nanofotónica liderado por Javier Martí.

Cambio climático y diseño de nuevos fármacos

En ExaNest no solo se implementará un prototipo de supercomputador, sino que se adaptarán aplicaciones científicas para su ejecución en el mismo. En este sentido el prototipo desarrollado en ExaNeSt permitirá procesar y gestionar volúmenes de datos sin precedentes, lo que facilitará la investigación en muchas áreas, como por ejemplo lucha contra el cambio climático –por ejemplo, llevar a cabo simulaciones meteorológicas de gran precisión y alcance en muy poco tiempo o estudios de predicción del movimiento de las mareas.

Otra de los campos de especial impacto de ExaNest es el de la investigación sanitaria. “Será una herramienta de gran ayuda para hacer simulaciones neuronales y predecir, en la etapa de diseño, el comportamiento de nuevos fármacos. Estas aplicaciones requieren una gran cantidad de cómputo, y por tanto, reducir este tiempo es un aspecto crítico”, apunta Julio Sahuquillo.

Participación UPV 

El trabajo de los investigadores de la Universitat Politècnica de València en este proyecto se centra en el estudio de las diferentes aplicaciones como casos de uso y sus necesidades de recursos en la red de interconexión para determinar la tecnología fotónica más idónea de cara a dar a respuesta a dichas necesidades.

El NTC es experto en el desarrollo e implementación de tecnologías fotónicas y proporcionará al GAP la información necesaria para el modelado y aplicación de estas tecnologías en la red de interconexión. De esta forma, la combinación interdisciplinar entre GAP y NTC ofrecerá al proyecto los beneficios de la red fotónica sobre la eléctrica en términos de prestaciones y consumo energético.

“Lo que hace básicamente la Nanofotónica es la reducción de los consumos y aumentar la velocidad de interconexión y de los accesos a memoria entre los computadores y los bancos de memoria”, añade Javier Martí desde el NTC.

Doce socios 

El proyecto ExaNest se prolongará hasta diciembre de 2018. Junto a la UPV, participan otros 11 socios de Reino Unido, Italia, Alemania, Holanda y Francia, todos ellos coordinados por la Fundación para la investigación y la tecnología Hellas, de Grecia.

“Dentro del ámbito de la ingeniería informática el proyecto cubre el desafío en el diseño e implementación de nuevos supercomputadores en la era venidera denominada Computación Exaescala”, concluye Julio Sahuquillo.

Fuente: UPV