Un superordenador para cada ocasión

La computación a exaescala, que implica la realización de un trillón (10 elevado a 18) de cálculos por segundo, está llamada a convertirse en el estándar de la supercomputación en cuestión de unos pocos años. La aplicación de técnicas de simulación «in silico» (realizadas en ordenadores) a problemas científicos e comerciales de gran complejidad ha deparado éxitos de tal magnitud que ha disparado la demanda de sistemas grandes, rápidos y potentes que puedan manejar el inmenso volumen de trabajo que todo ello implica.

El proyecto DEEP (Dynamical Exascale Entry Platform), en el que participaron dieciséis entidades asociadas de ocho países europeos, ha permitido construir un ordenador de alto rendimiento de esas características, ahora alojado en el Centro de Supercomputación de Jülich, en Alemania. Este prototipo cuenta con una innovación llamada Cluster-Booster: las partes complejas de un programa que presentan un paralelismo limitado se ejecutan en el Cluster, mientras que el Booster ejecuta las partes de gran paralelismo con una eficiencia energética alta.

«Este prototipo es un sistema muy flexible que tiene mucho en común con un motor equipado con un turbocompresor. Va a funcionar durante los próximos varios años y en cuestión de meses estará a disposición de usuarios externos», informó Estela Suárez, directora del proyecto. «Alcanza una eficiencia energética y una densidad muy elevadas, y funciona con una pila de software para el sistema al completo y un entorno de programación ajustado a los estándares que se ha diseñado con las premisas de potenciar el rendimiento y la facilidad de uso».

Se han seleccionado cuidadosamente once aplicaciones científicas y de ingeniería que son representativas de los futuros requisitos para la computación a exaescala para guiar el diseño conjunto del hardware y el software y validar el concepto del Cluster-Booster. Concretamente son: simulación del encéfalo, climatología, radioastronomía, técnicas de imagen sísmica para la industria petrolera y gasística, exposición humana a campos electromagnéticos, dinámica de fuentes sísmicas, climatología espacial, superconductividad a altas temperaturas y aplicaciones de física como la retícula de cromodinámica cuántica (cómo interactúan las partículas en la materia condensada) y la dinámica de fluidos computacional (es decir, investigación sobre combustión para el sector del transporte y el aeroespacial). En consecuencia, los usuarios previsibles serían especialistas en neurología, astronomía, meteorología, sismología, física, ingeniería aeronáutica e ingeniería de automoción.

Un aspecto formidable del prototipo DEEP —cuya segunda generación se está desarrollando en un proyecto similar titulado DEEP-Extended Reach http://www.deep-er.eu (DEEP-ER)— es su tamaño físico, inferior al que cabría imaginar. El sistema completo está enormemente compactado en menos de dos bastidores y su eficiencia energética es muy elevada gracias a la refrigeración líquida directa, en la que no se usan refrigeradores, sino que consiste en conducir agua hasta el bastidor y hacerla circular por planchas finas acopladas a los nodos de los ordenadores. Esta agua de refrigeración va a parar a un intercambiador de calor que permite reutilizar la energía térmica extraída, por ejemplo para la calefacción o el aire acondicionado de las instalaciones. Este prototipo presenta el doble de rendimiento, en el mismo espacio, en comparación con los sistemas convencionales de refrigeración por aire. En cuanto al consumo de energía, alcanza 3 500 millones de Flops por segundo por cada vatio de potencia suministrado, lo que lo convierte en el superordenador basado en Intel Xeon Phi más eficiente de todo el mundo.

El objetivo de DEEP-ER, que está programado hasta finales de marzo de 2017, es actualizar la arquitectura de Cluster-Booster creada en DEEP y ampliar la con una capacidad paralela adicional de entrada y salida (input/output, I/O) para aumentar el rendimiento. También se pretende aumentar la resiliencia del superordenador mediante un punto de control multinivel y un mecanismo de reinicio que previene la pérdida de datos en caso de fallo del hardware.

La Unión Europea otorgó 8,3 millones de euros al proyecto DEEP, que estuvo en marcha entre 2011 y 2015, y otros 6,4 millones de euros a DEEP-ER.