• Coordina un gran número
de procesadores que trabajan en conjunto para resolver un mismo problema
• El potente ordenador del Instituto de Astronomía de
la UNAM simulará el universo para ayudar a los astrónomos
a entender qué sucede en él
El Instituto de Astronomía (IA) de la
UNAM inauguró Atocatl, uno de los equipos de cómputo
de más alto rendimiento del país: un conjunto de más
de 200 microprocesadores que trabajarán al unísono para
desentrañar los misterios del Universo.
Los clusters computacionales son conjuntos
de procesadores como los de nuestras computadoras personales, pero que
trabajan de forma coordinada, con lo que multiplican la capacidad de
cálculo computacional.
A finales de los años 60, un arquitecto
en computación que laboraba para IBM, Gene Amdahl, sentó
las bases para operar varias computadoras paralelamente y así
resolver un mismo problema. Mientras que en el aspecto serial se procede
mediante un pequeño paso tras otro para llegar al resultado,
estos clusters dividen el problema y ponen a trabajar cada uno de sus
procesadores en cada una de las tareas en las que se ha dividido, con
lo que multiplican su efectividad.
Los programadores de este tipo de máquinas
parecen haber aprendido bien la famosa máxima “divide y
vencerás”, que hace más de dos mil años adoptara
el emperador romano Julio César para extender su imperio y que
hoy da nombre a un conjunto de algoritmos, D&V, usados en paralelización
de procesos.
En las últimas cinco décadas,
los arquitectos en este ámbito han diseñado frenéticamente
ensambles cada vez más y más complejos.
Hoy, la más grande de éstas se
encuentra en Laboratorio para Ciencia Computacional RIKEn, en Japón,
K-Computer, que paraleliza desde junio más de 68 mil 500
procesadores y su potencia de cálculo equivale a ocho mil 200
billones de operaciones por segundo: como si todos los habitantes de
un millón de planetas como el nuestro hicieran un cálculo
matemático cada segundo.
En México, la UNAM ha liderado esta
carrera con importantes frutos, tanto para el sector público
como para el privado. El Instituto de Astronomía fue precursor,
junto con otros investigadores de esta casa de estudios, en el diseño
e instalación de los primeros clusters de computadoras.
La Universidad Nacional alberga en la actualidad
diversos equipos de alto desempeño, el más grande de ellos
Kan Balam, en la Dirección General de Cómputo
y de Tecnologías de Información y Comunicación
(DGTIC).
En funcionamiento desde 2007, cuenta con mil
368 procesadores, y al momento de su inauguración, figuraba entre
las 30 más poderosas a nivel mundial en instituciones de educación
superior.
Sin embargo, debido a la cantidad de trabajos
que se realizan en el IA, era necesario contar con una supercomputadora
propia y no depender del tiempo asignado a los equipos de la DGTIC.
Por ello, con la entrada en funciones de Atocatl, se espera
detonar diversos proyectos, establecer más colaboraciones y estrechar
la comunicación con las sedes que tiene el IA en provincia, como
la de Ensenada.
Atocatl: el pulpo de una cabeza con
cientos de cerebros...
De esta manera, el Instituto de Astronomía
albergará el más moderno de los clusters de computadoras
de la UNAM: Atocatl. El nombre con el que se bautizó
tiene origen náhuatl y significa pulpo.
Está inspirado en el híbrido
diseño con el que se concibió y que permitió a
esta gran cabeza de muchos cerebros desempeñar tareas de naturaleza
muy distinta. El cluster paralelizará 216 procesadores CPU (Unidad
Central de Procesamiento, en inglés), iguales a los que comandan
las más sofisticadas computadoras personales.
Para comunicarse entre ellos, Atocatl cuenta
con una conexión de fibra óptica de última tecnología
que hace prácticamente instantánea la sincronización.
Otra de las capacidades es la de almacenaje
y manejo eficaz de grandes bases de datos que, en su primera fase, será
de 40 terabytes (en la que podríamos grabar unos 10 millones
de canciones), y que se espera quintuplicará para antes de 2012.
Pero la característica más innovadora
del cluster del IA es la utilización de procesadores de tipo
GPU (Unidad de Procesamiento Gráfico en inglés) diseñados
especialmente para procesar los gráficos de los videojuegos y
que actualmente se consideran más potentes que los CPU.
Sólo recientemente se han empezado a
introducir este tipo de procesadores para cálculos científicos
y ésta es la primera de las computadoras híbridas que
trabajará para el desarrollo de la ciencia en México.
Desde su fase de diseño, Atocatl
ha sido concebido con la idea de hacerlo crecer: antes de que termine
el año, contará con un total de ocho potentes GPU, 288
procesadores CPU y 200 terabytes para almacenamiento de datos, pero
está diseñada para triplicar sus capacidades con la misma
infraestructura.
También, el equipo responsable ha tenido
en cuenta el cuidado del medio ambiente al diseñar una que trabaje
con una potencia más limitada que sus predecesoras.
El equipo ha sido financiado a partes iguales
por Conacyt y la Universidad Nacional Autónoma de México.
Los investigadores del Instituto de Astronomía,
Magdalena González, Octavio Valenzuela y Bárbara Pichardo,
también secretaria Académica del instituto, responsables
de coordinar las operaciones del proyecto, reafirman la filosofía
cooperativa del proyecto que aúna el esfuerzo de un nutrido número
de instituciones, con la destacada participación de la Coordinación
de la Investigación Científica y el Posgrado en Ciencias
(Astronomía) de la UNAM.
De hecho, Atocatl será usado
para capacitar estudiantes de posgrado en el uso y desarrollo de proyectos
de supercómputo. Los investigadores involucrados en el proyecto,
al igual que el potente ordenador que han creado, se coordinaron armónicamente
para inaugurar el proyecto en el tiempo previsto.
Un proyecto que crece rápido
La investigadora Magdalena González
Sánchez explicó que en septiembre de 2009 se solicitó
al Conacyt, a través de la Convocatoria de Actualización
de Equipo Institucional, un equipo de cómputo de alto desempeño
con tres partes “o tentáculos, como nos gusta decirles”:
un cluster para cálculo numérico, un sistema para procesamiento
y manejo/almacenamiento de grandes bases datos y una parte experimental
que utiliza procesadores GPU.
“Y desde ahí todo se dio con rapidez,
en marzo de 2010 la solicitud del Conacyt fue aprobada; en mayo, el
IA aprobó el proyecto y lo consideró institucional; en
agosto llegó el dinero; en enero ya teníamos el equipo
y desde entonces, hasta hoy que ya está listo, nos dedicamos
a instalarlo y configurarlo”, explicó.
La supercomputadora se encuentra en el cuarto
227 del IA, recinto en el que se realizaron diversos trabajos, como
aislarlo del ruido, colocarle un switch de Internet o instalar un sensor
de temperatura. “Deliberadamente escogimos un espacio sobrado
para las características actuales del aparato, porque queremos
hacerlo crecer”.
Atocatl apenas entró en funciones
y ya son varios los científicos interesados en participar en
este proyecto y en utilizar esta herramienta.
Para definir cómo se hará esto
se integró el CADAC (Comité Académico para el Desarrollo,
Uso y Aprovechamiento del Supercómputo), conformado por seis
expertos que durarán en el cargo dos años, y que se encargarán
de administrar el equipo y repartir tiempos de empleo entre los usuarios.
“El objetivo es involucrar a cada vez
más personas; dar cabida a la mayor cantidad posible de proyectos,
pero de forma organizada, y hacer crecer cada uno de los tentáculos
de este pulpo”, acotó Bárbara Pichardo.
... y con diversos brazos
La tarea fundamental, uno de los tentáculos
de Atocatl, es la de recrear un universo al simular de acuerdo
a las teorías más actuales de los astrónomos.
Los resultados se compararán con observaciones
de telescopios para corroborar las teorías de, por ejemplo, cómo
se formó el cosmos, cómo evoluciona, cómo es la
colisión de dos galaxias o la vida y la muerte de una estrella.
Todas estas reconstrucciones requieren gran
potencia y larguísimos periodos de cálculo. Atocatl
hará corta la espera a los astrónomos, o mejor aún,
permitirá hacer estudios con un nivel de precisión nunca
antes alcanzado en México.
Pero no se diseñó como un robot
de un solo brazo: entre sus tareas destaca la del almacenamiento
y gestión de bases de datos astronómicos, tanto observacionales
como teóricas.
El IA participa en diversos observatorios nacionales
e internacionales que generan una inmensa cantidad de información
que debe ser almacenada y analizada, y busca, al mismo tiempo, insertarse
en la red mundial de Observatorios Virtuales, un conjunto de centros
con colecciones de datos que facilitan este tipo de estudios.
--o0o--