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Una supercomputadora más inteligente
A pesar de toda la potencia de las supercomputadoras actuales, ninguna es lo suficientemente potente como para ejecutar algoritmos que predicen el clima futuro hasta el kilómetro, una resolución que permitiría a los investigadores modelar el comportamiento de la nube, mejorar la precisión general de los modelos climáticos y permitir mejores decisiones políticas sobre el calentamiento global. Pero ahora, los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, en Berkeley, CA, han diseñado un nuevo tipo de supercomputadora que podría ser lo suficientemente potente como para ejecutar modelos con precisión a una escala de kilómetros. Además, la supercomputadora propuesta, que aprovecha la tecnología de diseño de chips de los teléfonos móviles y reproductores de MP3, sería cientos de veces más eficiente en el consumo de energía que cualquier otra supercomputadora, por lo que su funcionamiento sería más rentable.
Prueba de funcionamiento: Los investigadores simulan el diseño de uno de los 20 millones de procesadores que se utilizarán para construir una supercomputadora energéticamente eficiente que puede modelar el cambio climático con una resolución de kilómetros.
En este momento, con las supercomputadoras, el dinero es el obstáculo para construir un sistema más grande para abordar problemas más grandes, dice John Shalf , científico informático del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. Usando la tecnología actual, una supercomputadora capaz de ejecutar modelos climáticos de alta resolución produciría una factura de energía de aproximadamente $ 150 millones al año, dice Shalf. Pero al construir una supercomputadora con procesadores que están ajustados para ahorrar energía, similar al enfoque utilizado en la industria de la electrónica móvil, Shalf y sus compañeros de trabajo esperan poder ejecutar una supercomputadora por una fracción del costo.
La supercomputadora de Berkeley es parte de un esfuerzo de los científicos del clima para llevar más poder computacional a modelos climáticos altamente complejos. A principios de este mes, el Centro Nacional de Investigación Atmosférica, en Boulder, CO, anunció que utilizará una supercomputadora IBM para observar los efectos del cambio climático. Sin embargo, la supercomputadora de Berkeley sería una gran mejora porque podría ser mucho más eficiente energéticamente.
Los procesadores de propósito general, como los de las computadoras personales, se han vuelto lo suficientemente potentes y baratos que muchos investigadores simplemente conectaron grupos de estos procesadores estándar para ejecutar tareas computacionales intensas. Si bien este enfoque funciona para una serie de problemas científicos, falla para los modelos climáticos de alta resolución: el cálculo simplemente requiere demasiada energía.
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Vea cómo los científicos discuten un nuevo enfoque para la supercomputación energéticamente eficiente.
Mientras que un procesador de propósito general está diseñado para manejar una variedad de operaciones, un procesador de iPod, por ejemplo, está especializado solo para una pequeña cantidad de tareas. Los investigadores de Berkeley utilizaron software de Tensilica, un fabricante de chips en Santa Clara, CA, que desarrolla chips para Motorola, para construir un núcleo con solo las funciones necesarias. Además, los investigadores diseñaron a medida la memoria del chip y la estructura de comunicación entre núcleos para reducir las ineficiencias y minimizar el consumo de energía.
En total, la supercomputadora constará de 20 millones de núcleos de procesamiento. Los investigadores estiman que, con 32 núcleos en un chip del tamaño de una caja de cerillas, toda la supercomputadora llenará un espacio del tamaño de la mitad de una cancha de tenis. Para finales de año, los investigadores esperan poder simular un modelo climático en decenas de núcleos. Este enfoque permitirá a los investigadores cambiar el hardware para adaptarse mejor al modelo, así como modificar el modelo para que se ajuste al hardware. En lugar de construir una computadora y luego lanzarle un problema científico, estamos analizando el problema científico y construyendo una computadora que se ajuste al problema, dice Shalf.
El modelo climático especializado, que fue construido por investigadores de la Universidad Estatal de Colorado, divide el mundo en 20 millones de células, una para cada procesador, y podrá rastrear el movimiento de los sistemas de tormentas y los frentes climáticos. Las nubes son las partes del sistema climático menos simuladas, dice Michael Wehner, investigador climático del laboratorio de Berkeley. Y eso tiene muchas consecuencias.
Actualmente, los modelos climáticos estiman el comportamiento de las nubes a una resolución de cientos de kilómetros. Esto significa que modelos climáticos similares producen resultados drásticamente diferentes. Además, los modelos de mayor resolución son importantes a la hora de tomar decisiones políticas a nivel regional, dice Wehner. Por ejemplo, los gobiernos pueden decidir si trasladar los cultivos o no, presupuestar más agua durante posibles sequías futuras o mejorar la infraestructura en las ciudades costeras. Los modelos mejorados deberían hacer que esas decisiones sean más fáciles de justificar, dice Wehner.
Aún así, no está claro si el diseño de supercomputadoras de los investigadores de Berkeley realmente ahorrará dinero a largo plazo, ya que los costos de diseño y fabricación pueden ascender a millones de dólares. Y a medida que los investigadores profundizan en las pruebas del diseño, podría haber desafíos al diseñar el sistema de comunicación entre chips. El problema cuando se juntan muchos de [los núcleos] es que a menudo hay ineficiencias al agregarlos, dice Mark Horowitz , profesor de ingeniería eléctrica y ciencias de la computación en la Universidad de Stanford, en Palo Alto, CA. Es una idea realmente interesante, dice, pero no está claro si va a tener éxito o no.