Los equipos donados por el Consejo Interuniversitario de Universidades Flamencas de Bélgica posibilitaron el desarrollo de esta tecnología en la Universidad de Las Villas. Foto: Malú Vilasa.
Los sistemas de cómputo son hoy instrumentos de uso cotidiano por prácticamente todos los seres humanos, muchas veces desapercibidos. Se presentan como computadoras, pero mayormente en forma de “pastillas” de circuitos electrónicos en infinidad de dispositivos de la vida personal y socioeconómica. Sus funciones específicas siempre son de cálculo numérico, aunque esto nos sea transparente a los usuarios. Están en los teléfonos y hasta son componentes “inteligentes” de equipos de refrigeración contemporáneos. Procesan muchos números y mucho más rápidamente que los seres humanos.
Los sistemas de cómputo nacieron para calcular, literalmente. Muchos reconocen hoy que el primero que funcionó fue el que se usó durante la Segunda Guerra Mundial para descodificar las informaciones que intercambiaban los nazis por radio, sobre todo entre submarinos. Este ha sido reflejado recientemente en buenos filmes de ficción documentada[i]. Lo de las comunicaciones apareció mucho después, igual que internet, conectando computadoras entre sí o interconectándolas como nudos de una red (“nodos”). La evolución de la computación electrónica digital como auxiliar del intercambio de información entre los seres humanos ha sido mucho más popular que la de sus aplicaciones de cálculo, que fue para lo que se inventaron. Todo se hace gracias a sus circuitos electrónicos diseñados con “lógica digital”. Irónicamente, los más complejos cálculos son así reducidos y resueltos por ellos mediante operaciones binarias, de ceros y unos, en todos los casos.
Un ejemplo claro de dónde se requiere de la computación electrónica digital es intentando modelar los procesos que determinan el funcionamiento de la vida, incluyendo el propio pensamiento, con procedimientos confiables para ayudar a comprenderlo todo. Estos fenómenos naturales se escenifican realmente en un escenario mil millones de veces más pequeño que el de nuestra existencia como seres humanos con proteínas y otras moléculas como protagonistas. Modelarlos es como hacer “maquetas” creíbles, lo que solo se puede lograr con cálculos cuánticos muy intensivos, o simulaciones de ellos. La única teoría que ha sido exitosa en la descripción del comportamiento del nanomundo es la Mecánica Cuántica. Por ello, la mayoría de estas modelaciones se llevarían la vida entera de un ser humano, o más, para poderse realizarse “a mano”. Los requerimientos de “potencia computacional”, o capacidad de procesar números y almacenarlos eficientemente, son inmensos e infinitos en este tipo de aplicaciones.
También son requeridos cálculos de alto rendimiento para el tratamiento de imágenes y videos de alta precisión, para la “minería” (búsqueda intensiva) de datos “sumergidos” en grandes volúmenes de información, para las predicciones del tiempo y las investigaciones del clima, que pueden anticipar cuando y como nos afectará un huracán u otro evento meteorológico y hasta la hora en la que lloverá, para la sismología y las ciencias de la tierra en general, para la prospección de yacimientos petrolíferos, para las simulaciones del comportamiento del universo, para la dinámica de fluidos en el diseño de aeronaves, embarcaciones y obras hidráulicas, para la tecnología nuclear en general, para las ciencias criptográficas imprescindibles en la economía globalizada y en la red y para simulaciones de flujos de valor. Y pueden existir muchas más aplicaciones que no se han hecho públicas y otras tantas que aún no se han descubierto. Son particularmente importantes y futuristas aquellas aplicaciones de “aprendizaje de máquinas” que pueden transformar nuestras formas de vida, para bien, una vez que se generalicen.
Los sistemas de computación de altas prestaciones (HPC o “High Performance Computing”) trabajan de formas variadas según la forma en la que se organizan los cálculos. Por ejemplo, un conjunto de computadoras que coordinan sus trabajos en red mediante el intercambio de mensajes automáticos trabaja de forma “distribuida”. Esta “cooperación” HPC funciona aunque los sistemas de cómputo estén lejanos geográficamente.
Las llamadas “supercomputadoras” son también sistemas HPC pero se definen como las de cálculo no distribuido diseñadas para procesar lo más eficientemente posible los datos con respecto a las computadoras de uso general de cada época. La potencia de cálculo de las supercomputadoras contemporáneas descansa en que varias unidades de cómputo (o “núcleos”) realizan labores en paralelo compartiendo el mismo almacén de información, o memoria, en tiempo real. Muchos teléfonos inteligentes actuales tienen unidades de procesamiento con más de un núcleo que trabajan en paralelo. De hecho, son computadoras más eficientes que las primeras supercomputadoras en paralelo de los años 80 del siglo pasado.
La velocidad de las supercomputadoras se mide con una unidad muy especial: el número de operaciones simples con números decimales que pueden hacerse en un segundo o FLOPS (FLoating point Operations Per Second). La supercomputadora más rápida de nuestros días está en China, la “Sunway TaihuLight”, que ha alcanzado 93.015 petaFLOPS (93.015 millones de millones de FLOPS) y los EEUU planifican una de 200 petaFLOPS para dentro de unos años[ii]. Competencias y necesidades de prestigio aparte, esto es imprescindible para muchos de los más importantes descubrimientos científicos y avances tecnológicos que se hacen en estos momentos y sobre todo, para los que están por hacer. En esto nadie con cultura desea quedarse rezagado, o al menos demasiado rezagado. Se estima que la primera supercomputadora de zetaFLOPS (mil millones de millones de millones de FLOPS) se requerirá para la modelación completa del comportamiento del clima en predicciones de dos semanas y estará disponible en el año 2030.
Desde 1965 en Cuba siempre hemos contado con nuestras propias supercomputadoras, a nuestra escala, aunque no fueran competitivas mundialmente. Han estado algunas veces más cerca y otras más lejos de los estándares mundiales. Ahora mismo, las universidades de Las Villas (UCLV), de Oriente (UO) y la de Ciencias Informáticas (UCI), gracias a la colaboración internacional, conjuntamente con una empresa del consorcio BioCubaFarma (ETI), disponen cada una de computadoras con capacidad de cálculo notablemente por encima de la media nacional, lo que las convierte en nuestras supercomputadoras de facto. También existen unidades menores de cálculo en otras instituciones como la Universidad de La Habana. Cumplen sus funciones, y son potenciales motores del progreso científico y económico del país en la medida que se usen intensivamente por todos aquéllos que las requieran y desde donde estén. Si los de la Universidad de Cienfuegos pueden acceder a las facilidades de la UCI o de la UCLV desde sus terminales, no es tan necesario que ellos también tengan su supercomputadora.
Para aprovechar nuestras supercomputadoras y los sistemas HPC en general, estén donde estén, necesitamos de capacidad de acceso eficiente desde la red en cualquier parte del país. Es preciso también disponer de programas de ayuda y formación de los usuarios actuales y sobre todo potenciales. La comunicación social de su disponibilidad para que todos los posibles necesitados sepan que las tienen a su disposición en bien de la nación es también imprescindible. Problemas reales y virtuales de conectividad limitan actualmente el acceso a esos medios y, sobre todo, su capacidad de acción distribuida para enfrentar tareas de alta complejidad. Afortunadamente, las organizaciones involucradas en su gestión están trabajando en esta dirección. Pronto se podrá comunicar que nuestro país también puede enfrentar eficientemente HPC al servicio de nuestra ciencia, tecnología y sobre todo innovación para nuestro desarrollo.
Notas:
[i] Morten Tyldum, dir., "The Imitation Game", 2014.
[ii] Bourzac, K., STRETCHING SUPERCOMPUTERS TO THE LIMIT. Nature 2017, 551, 554-556.