Abacus, la supercomputadora más poderosa de México

Por Armando Bonilla

Ciudad de México. 23 de agosto de 2018 (Agencia Informativa Conacyt).- En el kilómetro 38 de la carretera Toluca-México, entre los grandes árboles del Parque Nacional Insurgente Miguel Hidalgo y Costilla, conocido como La Marquesa, es posible apreciar una imponente y contrastante estructura arquitectónica.

Se trata de un edificio de siete pisos de altura, concebido como variación de una obra escultórica del artista plástico Sebastián, inspirada en un concepto matemático que conjunta esencia geométrica, superficies curvas y simetría.

En el sótano de este gran edificio, una sala rectangular de cristal de 100 metros cuadrados resguarda a la supercomputadora más poderosa de México: Abacus.

Con una capacidad de aproximadamente 430 teraflops —equivalente a 25 mil computadoras portátiles—, Abacus cuenta con un sistema de almacenamiento de 1.2 petabytes que equivale a seis mil veces la totalidad de los documentos existentes en la Biblioteca José Vasconcelos.

Que el edificio que alberga a Abacus esté localizado en la zona del Parque Nacional La Marquesa no fue por casualidad, pues el clima frío de esa región permite mantener controlada la temperatura de Abacus I, reduciendo drásticamente el consumo energético.

Asimismo, las condiciones de la zona permitieron instalarle un sistema de enfriamiento con base en circulación de agua que es enfriada a temperatura ambiente, es decir, que también aprovecha el clima para disminuir el impacto energético de su funcionamiento.

¿Para qué sirve una supercomputadora?

La Agencia Informativa Conacyt entrevistó en exclusiva al doctor Isidoro Gitler, responsable del Laboratorio de Matemáticas Aplicadas y de Cómputo de Alto Rendimiento (Abacus), quien explicó que el supercómputo es un área de desarrollo científico y tecnológico que se ha vuelto fundamental para la generación de nuevo conocimiento y de su aplicación.

“Por definición, el supercómputo es una actividad interdisciplinaria e interinstitucional; se necesitan capacidades de conocimiento de muchas áreas que convergen para poder resolver un problema típicamente complejo y, a su vez, participan varias instituciones a través de grupos de investigación y desarrollo, así como diversos laboratorios especializados. La capacidad computacional de una supercomputadora permite realizar modelado matemático y simulaciones numéricas altamente especializadas en cualquier área del conocimiento en tiempos relativamente cortos, que sin utilizarlas serían básicamente imposibles de obtener en tiempos razonables”.

La logística de Abacus que permitió rebasar su capacidad en el corto tiempo

Uno de los grandes retos que Abacus debió superar desde que fue concebido fue la falta de personal altamente capacitado para administrar la computadora y establecer una interfaz entre los grupos de investigación y la infraestructura computacional. Para superarlo, el equipo a cargo del doctor Isidoro Gitler decidió enviar a un grupo de jóvenes —investigadores y tecnólogos— a capacitarse al Centro de Supercómputo de Barcelona (BSC, por sus siglas en inglés).

A su regreso, como parte del proyecto consiguieron, a manera de comodato, una supercomputadora de IBM que les permitió implementar los primeros proyectos, los cuales fueron posteriormente escalados una vez que se recibió Abacus I.

“Nosotros no queríamos recibir desde el inicio la supercomputadora porque es tecnología altamente costosa y que se torna obsoleta en periodos relativamente cortos de tiempo, así que delineamos una estrategia que nos permitió formar investigadores y tecnólogos que le sacaran el máximo provecho desde el primer minuto en que se pusiera a funcionar, y fue así como logramos en tan solo unos meses ocupar la máxima capacidad de cómputo del equipo”.

Debido a la demanda, en cuanto a proyectos se refiere, actualmente se necesitaría triplicar o hasta cuadruplicar la capacidad de cómputo de Abacus I para atender las solicitudes de todos los investigadores sin la necesidad de mandarlos a una creciente lista de espera.

Hoy día, Abacus se ha ido involucrando en proyectos nacionales que abordan problemas cada vez más complejos y asume nuevos retos que lo sitúan en la frontera del conocimiento científico y tecnológico. Asimismo, participa activamente en la formación de recursos humanos con el objetivo de alcanzar a mediano plazo una masa crítica de profesionales en los diversos aspectos inherentes al desarrollo nacional del supercómputo.

Entendiendo el cerebro humano

De acuerdo con el investigador, Abacus I cuenta con el potencial necesario para ayudar a entender el comportamiento de fenómenos específicos a nivel cerebral. El primer paso es realizar el modelado matemático y posteriormente esos modelos se simulan numéricamente a través de la supercomputadora.

“Estas capacidades de cómputo permiten simular numéricamente modelos matemáticos con alto grado de precisión y, en consecuencia, con ello tratar de entender enfermedades, formas y mecanismos de funcionamiento de un órgano tan complejo como puede ser el cerebro humano”.

De hecho, en ello consiste uno de los proyectos más importantes que alberga Abacus, estudiar, en colaboración con el Instituto Nacional de Neurología y Neurocirugía Manuel Velasco Suárez y el Hospital Regional de Alta Especialidad de Ixtapaluca, la hemodinámica cerebral.

“A partir de la modelación matemática y su simulación numérica, queremos entender cómo se comportan las malformaciones arteriovenosas del cerebro y una vez que lo entendamos podríamos generar alternativas de tratamiento individualizadas para cada paciente”.

Cómo se comporta la ceniza volcánica

Otro de los proyectos pioneros y de gran envergadura que se realiza en Abacus es el relacionado con el comportamiento de la dispersión de la ceniza volcánica. Para ello se tomarán como base datos de los volcanes activos en el Valle de México, información que se usa para modelar matemáticamente y simular numéricamente la dinámica de dispersión de cenizas.

El objetivo de este proyecto es mitigar las afectaciones —económicas y logísticas—que ese y otros fenómenos naturales, como los huracanes, generan en la industria aeronáutica.

Nuevos proyectos

Recientemente, Abacus se involucró en diversos proyectos relacionados con el sector energético, donde buscará convertirse en agente detonador de nuevos desarrollos, algoritmos y aplicaciones determinantes para implementar alternativas energéticas en el país.

Comunidad científica nacional, los actores detrás de los proyectos de Abacus

Al tratarse de un esfuerzo conjunto entre el Centro de Investigación y de Estudios Avanzados (Cinvestav) del Instituto Politécnico Nacional (IPN), el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) y el Consejo Mexiquense de Ciencia y Tecnología (Comecyt), Abacus está abierto a la comunidad científica nacional, la cual puede someter sus proyectos a las convocatorias anuales que emite el laboratorio.

“Nosotros emitimos dos convocatorias públicas anuales para que cualquier investigador someta sus proyectos estas. Contamos con comités que evalúan la experiencia de los usuarios, el impacto de su proyecto y los recursos computacionales que van a requerir; una vez aprobados, se les abren las cuentas y se les destinan los recursos necesarios”.

Asimismo, debido al interés que la supercomputadora ha generado desde que comenzó a operar, instituciones del sector gubernamental como la Secretaría de Energía, la Comisión Federal de Electricidad e incluso el Tribunal Superior de Justicia, por mencionar algunos, así como empresas de la iniciativa privada como Nissan y Cervecería Modelo, se han acercado en busca de esquemas de colaboración.

“Lo que estamos haciendo a partir de estos acercamientos es delinear convenios que les permitan hacer uso —científico— de Abacus y que al mismo tiempo sumen a la generación de soluciones en beneficio de la sociedad, por ejemplo, la formación de personal altamente especializado en el manejo de supercomputadoras o en la simulación numérica de modelos matemáticos”.