Superordenadores

Los ordenadores más potentes realizan billones de cálculos por segundo para desarrollar investigaciones científicas, médicas o meteorológicas
Por Alberto Silva 29 de abril de 2004

La investigación de nuevos métodos para luchar contra el cáncer, mejorar la protección de los pasajeros ante un accidente automovilístico o calcular los efectos del cambio climático y los terremotos son sólo algunas de las tareas que realizan los superordenadores. Se trata de equipos informáticos especiales, con una enorme capacidad de cálculo, ideados para resolver en un segundo billones y billones de operaciones con mayor rapidez que la mente humana. A pesar de tratarse de sistemas complejos, sólo al alcance de expertos e investigadores, lo cierto es que muchos de los progresos y avances de la sociedad actual se deben a la ayuda de los superordenadores.

Gigantes del cálculo

Una simple calculadora es, con muchísimo menos tamaño y potencia, la hermana pequeña de los superordenadores. Su filosofía no dejar de ser, al fin y al cabo, la misma: realizar, de una forma rápida y sencilla, las operaciones y cálculos que a cualquier persona le llevarían mucho más tiempo y esfuerzo.

A pesar de que la mente humana es una excelente “calculadora” y “ordenador” (controla miles de aspectos del cuerpo humano con una enorme precisión, y amplia capacidad de abstracción y cálculo), su principal fallo se halla en la rapidez con la que puede hacer cálculos complejos ante la necesidad de manejar grandes cantidades de datos. Y es que, aunque el ser humano sea capaz de realizar las más complejas investigaciones científicas, médicas o matemáticas, es un ser limitado y necesita de herramientas que agilicen los cálculos que implican dichas investigaciones.

Al fin y al cabo, se trata de un problema de tiempo. El ser humano podría, por sí mismo, realizar todos y cada uno de los cálculos que implica una investigación compleja. Sin embargo, mientras que un superordenador puede realizar más de 40 billones de operaciones en un solo segundo, a una persona le costaría realizarlas, resolviendo una ecuación cada segundo durante las 24 horas del día, un total de 1.280 años, lo que haría inviable cualquier trabajo investigador. Por lo tanto, es necesario realizar las mismas operaciones y cálculos pero en muchísimo menos tiempo, para lo que se utilizan los superordenadores. En gran medida, el progreso tecnológico y científico habría sido imposible sin su gran capacidad de cálculo, que permite obtener en un solo día los resultados de experimentos e investigaciones que antes, con equipos menos desarrollados, tardaban años.

Por ejemplo, a la hora de diseñar el fuselaje y las alas de un nuevo avión, es necesario calcular cómo responderá a diversas situaciones, qué tipo de resistencia ofrece, cómo se adapta ante las altas y bajas temperaturas, qué efecto causan las tormentas eléctricas, etc. Para poder responder a todas estas preguntas es necesario tener en cuenta una amplia cantidad de aspectos, calcular la relación entre ellos, y ver cómo afectan al fuselaje, lo que supone miles y miles de cálculos complejos. Además, si se desea simular su comportamiento en tiempo real y ante todos estos factores, la complejidad se dispara.

Los ordenadores personales actuales, a pesar de su gran potencia y capacidad de procesamiento, también se quedan cortos, igual que la mente humana cuando hablamos de billones de operaciones con ingentes cantidades de datos. Por ello, para lograr una mayor capacidad, en lugar de crear un único ordenador de gran capacidad de procesamiento, se unen muchos ordenadores que trabajan de forma conjunta, dando lugar a un superordenador. El “corazón” o “motor” de los ordenadores es su procesador, el que, tomando unos datos, realiza una operación y calcula un resultado. Así que la solución es unir los procesadores de varios ordenadores (varios miles en algunos casos), formando un único sistema con la capacidad suficiente para responder a billones de operaciones por segundo.

Estos superordenadores, hechos normalmente a medida del comprador, suelen tener unas dimensiones fuera de lo común. Por ejemplo, el sistema más potente del mundo, que cuenta con 5.120 procesadores y está instalado en Japón, ocupa un edificio de dos plantas, con 2.350 metros cuadrados en cada una de ellas.

Una gran ayuda para investigaciones de todo tipo

La utilización de los superordenadores supone una inestimable ayuda en cualquier tipo de proyecto investigador. Varios sectores se benefician de su gran capacidad de cálculo:

Medicina y farmacéutica

Existen múltiples proyectos que usan superordenadores para dar soluciones a diversas enfermedades. Las causas del cáncer, el sida o el Alzheimer, así como sus tratamientos, son investigadas por equipos como el del Instituto Nacional del Cáncer de Estados Unidos (NCI en sus siglas inglesas). Sus superordenadores simulan la estructura química de varias proteínas humanas, llegando a detallar incluso su estructura subatómica. Usando estos modelos, los investigadores pueden predecir la interacción de unas proteínas con otras y el efecto que diversos fármacos tienen en ellas.

Los superordenadores también han llegado, virtualmente, hasta la consulta del médico, gracias a MelaFind, un producto que sirve para detectar precozmente el cáncer de piel. Mediante un lector de mano, el especialista toma imágenes de la piel de sus pacientes, las cuales se envían automáticamente a un superordenador que contiene una base de datos de más de 20.000 fotografías de melanomas malignos. En menos de diez minutos, el doctor recibe un informe indicándole si la piel de su paciente presenta algún síntoma de padecer este tipo de cáncer. Según los estudios clínicos realizados, este método es más eficaz que los propios médicos dermatólogos con años de experiencia.

Sector automovilístico

General Motors, entre otros, usa superordenadores para ejecutar simulaciones complejas de colisiones. Modelando virtualmente cada una de las piezas del coche, el sistema es capaz de predecir cómo se comportará ante varios tipos de colisiones, a distintas velocidades, y recibiendo el impacto desde diversas direcciones. Además, y al contrario que las pruebas reales, éstas se pueden repetir una y otra vez, sin necesidad de hacer colisionar un automóvil real. De esta forma, se abaratan costes y se consiguen mejores resultados en menor tiempo, hecho que finalmente repercute en la seguridad de los pasajeros.

Cambio climático

Earth Simulator” (Simulador terrestre), el superordenador más potente del mundo, está dedicado, entre otras tareas, a analizar todos y cada uno de los aspectos que pueden influir en el cambio climático. Modela el planeta entero como un gran sistema climático interconectado, en el que la atmósfera, el océano, la vegetación, los movimientos tectónicos, erupciones volcánicas y hasta los cambios producidos por el hombre, tienen influencia unos sobre otros e interactúan entre sí. De esta forma, es capaz de predecir los posibles cambios en el clima que se producen cuando hay una variación en alguno de los factores anteriores.

Superordenadores en España

En España se encuentran instalados varios ordenadores de este tipo, la mayoría de mano de la Administración Pública. Recientemente, el anterior Ejecutivo anunció la compra de un superordenador que se convertirá en el segundo más potente del mundo, con capacidad para realizar unos 40 billones de operaciones por segundo, 4.500 procesadores, y funcionará con Linux (sistema operativo libre y gratuito). Estará dedicado a investigar enfermedades como el Alzheimer, el medio ambiente o las ciencias químico-físicas, y supone un desembolso de 70 millones de euros para los próximos 4 años. Además, el Gobierno también informó sobre la próxima creación de un Centro Nacional de Supercomputación.

Este nuevo sistema se convertirá, cuando este definitivamente instalado, a finales de 2004, en el alumno aventajado de los superordenadores españoles, entre los que se encuentran los del Instituto Nacional de Meteorología, el del Ministerio de Economía o el del Cuerpo Nacional de Policía.

Instituto Nacional de Meteorología

La principal misión del superordenador del INM es la de recopilar todos los datos que generan los satélites meteorológicos y las estaciones de observación, tanto terrestres como marítimas, para poder así realizar predicciones del tiempo. En la actualidad está siendo actualizado, lo que supondrá dentro de poco mejoras notables en las predicciones. Por ejemplo, si hasta ahora se disponía de predicciones de 48 horas, con el nuevo sistema tendrán una validez de 72 horas. Además, las que antes se obtenían para zonas de 20 km. cuadrados pasarán a ser de tan sólo cinco, lo que permitirá hacer predicciones del tiempo por localidades.

Ministerio de Economía

Dispone de un superordenador, de nombre RITA. Tiene almacenados todos los datos económicos y fiscales de los contribuyentes. Además de servir para realizar todos los procesos y cálculos de las declaraciones, permite ejercer un mejor y mayor control sobre el fraude fiscal.

Cuerpo Nacional de Policía

Su superordenador también tiene nombre femenino, en este caso BERTA. Almacena y gestiona todos los datos relacionados con la actividad policial y la comisión de delitos y su investigación: atestados, denuncias, fichas policiales, etc. Permite, de forma rápida, tener acceso a una amplia información sobre cualquier caso, persona sospechosa o detenida.