Estamos entrando en una nueva era en la que los sistemas de computación incluirán herramientas de analítica avanzada (basadas en técnicas del llamado Aprendizaje Automático) / Imagen: Mateo Valero, director del Barcelona Supercomputing Centre

“Los computadores adquirirán funciones análogas a las del cerebro”

Un supercomputador es aquel con capacidades de cálculo muy superiores a los ordenadores normales que utilizamos. Sirve como herramienta para estudios tan prometedores y dispares como el medio ambiente, el diseño de automóviles, la medicina personalizada o la inteligencia artificial que -a través de la computación cognitiva-, será capaz de diseñar ordenadores con capacidad de autoaprendizaje; es decir, con funciones análogas a las del cerebro humano como la inferencia, la predicción o la abstracción.

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Eva Serra / Catalunya Vanguardista

“Atraemos talento y hemos puesto Barcelona y España en el mapa de la supercomputación”, destaca Valero

Mateo Valero es un referente en la arquitectura de computadores. Es Doctor Ingeniero en Telecomunicación por la Universidad Politécnica de Madrid, profesor e investigador en Arquitectura de Computadores de la Universidad Politécnica de Cataluña y director del Barcelona Supercomputing Center. Atesora más de tres décadas dedicadas a la investigación y cerca de treinta premios y reconocimientos por su labor, el último concedido este año por (FIB Alumni, Asociación de graduados de la Facultad de Informática de Barcelona – FIB), que le concedió el Premio “Mención FIB Honorífica”, en la Festibity 2016.

Según este reputado investigador e ingeniero los computadores adquirirán funciones análogas a las del cerebro como la inferencia, la predicción o la abstracción. Desde el BSC-CNS trabajan para que los avances de la Computación Cognitiva lleguen a la sociedad y a ello van a dedicar gran cantidad de recursos en los próximos años. Por el momento, el supercomputador MareNostrum, considerado uno de los ordenadores más potentes del mundo y referente europeo en su campo ya cuenta con presupuesto para su próxima actualización, y desde el BSC confían en tener novedades a lo largo de este año.

¿Cómo se construye un ordenador?

Tradicionalmente, un ordenador sencillo ha estado compuesto por un procesador, memoria y periférico,  entendiendo por periférico cosas tan diversas como un teclado, una pantalla, impresoras, una memoria externa o cualquier cosa que le queramos conectar. Pero la tecnología ha evolucionado y ahora en un chip ya hay varios procesadores, con lo que un ordenador personal ahora ya tiene un chip con varios procesadores, memoria principal, disco y también aceleradores gráficos potentes, a demás de los periféricos.

Un supercomputador, en cambio, se construyen a través de lo que llamamos nodos. Cada nodo tiene un número pequeño de chips con varios procesadores, su memoria y el hardware para conectarse con los otros nodos y poder trabajar conjuntamente.

MareNostrum tiene más de 50.000 procesadores capaces de trabajar conjuntamente / Foto: BSC

MareNostrum tiene más de 50.000 procesadores capaces de trabajar conjuntamente / Foto: BSC

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En el caso del MareNostrum 3, hay más de tres mil nodos. Cada nodo tiene dos chips cada uno de ocho procesadores, 32 Gigabytes de memoria y el hardware que necesita para conectarse a través de una red de interconexión con el resto de nodos y con los discos de memoria. En total, MareNostrum tiene más de 50.000 procesadores capaces de trabajar conjuntamente.

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¿Cómo han evolucionado hasta hoy?

Hay que distinguir entre el diseño de un procesador y el diseño de un supercomputador. En el diseño de un procesador, lo que más ha incidido es que los transistores -que son los ladrillos con los cuales construimos tanto el procesador como la memoria- han seguido lo que se denomina Ley de Moore, de manera que su tamaño se ha ido reduciendo más o menos a la mitad cada 18 o 24 meses. Cada vez hemos podido hacer procesadores más pequeñitos -hasta el punto que ahora se construyen varios procesadores en un chip de pocos cm2- más rápidos, que consumen menos y más económicos.

Para conseguir el próximo objetivo, que es el superordenador Exaflop prevén que cien millones de procesadores puedan trabajar conjuntamente

La labor de los arquitectos de computadores como yo consiste precisamente, entre otras cosas, en utilizar los transistores para hacer procesadores que ejecuten cada vez más instrucciones por ciclo. Esta tendencia se ha mantenido hasta el año 2003-2004. A partir de este momento, debido a temas relacionados con la potencia y la jerarquía de memoria, las estrategia tuvo que cambiar y lo que se hace es poner más y más procesadores en el computador.

Por su parte, los supercomputadores durante muchos años han mejorado sus prestaciones a base de agrupar más y más procesadores, hasta el punto que hoy el supercomputador más rápido del mundo tiene más de diez millones de procesadores para conseguir una potencia pico de 125 Petaflop/s, lo que equivale a 125 por 1015 operaciones por segundo. Y calculamos que para conseguir el próximo objetivo, que es el superordenador Exaflop (con 1018 operaciones por segundo) deberemos de ser capaces de hacer que cien millones de procesadores trabajen conjuntamente.

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¿Qué logros ha conseguido la supercomputación?

Los supercomputadores no son más que una herramienta en manos de la ciencia y de la ingeniería. Es como un telescopio, como un microscopio, es una herramienta de propósito general que en función del software que ejecuta permite ayudar a cualquier investigador, científico o ingeniero de diferentes campos. Por lo tanto, los logros los consiguen los que utilizan los computadores, no los computadores mismos y son logros en campos muy diversos, como el estudio del cambio climático, el tema de la medicina personalizada, herramientas para facilitar la búsqueda de petróleo o ayudar a diseñar coches, la nanotecnología… El superordenador es una herramienta muy potente, pero los logros son de sus usuarios.

Los supercomputadores contribuyen al estudio del cambio climático, la medicina personalizada, la nanotecnología o el diseño de coches

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¿Cómo imagina a los superordenadores del futuro?

Con la tecnología de ahora lo que podemos asegurar es que a corto plazo habrá supercomputadores Exascale, es decir que cruzarán la barrera del Exaflop/s. En las tres últimas décadas, la potencia de los superordenadores se ha multiplicado por mil cada diez años. Esta vez, el logro está siendo más lento. Entre el Petaflop y Exaflop habrán pasado unos 14 años. Esto es así porqué estamos llegando al límite de una tecnología, al límite de la Ley de Moore. Una máquina Exaflop, con cien millones de procesadores, plantea grandes retos, como son su gran consumo energético, la fiabilidad -porque la posibilidad de que un elemento de la máquina falle es muy alta y hay que prever cómo se continúan ejecutando los programas cuando la máquina tiene fallos- y cómo se programan.

Aún así, hasta el Exaflop llegaremos, lo que no está claro es que se pueda llegar a la máquina Zetaflop (1021 operaciones por segundo) con la misma tecnología. En el futuro tiene que haber cambios o en la manera de hacer transistores (se está experimentando con otros materiales, como el grafeno, los nanotubos de carbono, comunicaciones ópticas, etc.) o en la manera de hacer los cálculos y en este último campo hay gente que cree que la computación cuántica será la alternativa para hacer superordenadores más potentes.

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Marenostrum es el supercomputador más potente de España y uno de los más potentes de Europa ¿En qué consiste y qué beneficios aporta?

MareNostrum es un superordenador al servicio de la ciencia y la ingeniería. Aunque lo gestionamos desde el Barcelona Supercomputing Center, lo utilizan investigadores de toda España y de toda Europa. Con él se realizan investigaciones muy diversas, desde estudios relacionados con las investigaciones de genómica, el diseñó de fármacos y la medicina personalizada, a grandes proyectos de ingeniería en colaboración con empresas -como un software para Repsol destinado a explorar hidrocarburos en entornos geológicos complejos, o un proyecto de computación cognitiva con La Caixa-  o estudios sobre la contaminación atmosférica o el cambio climático.

El MareNostrum 4 ya cuenta con presupuesto y esperan tener novedades a lo largo de este año

Desde el BSC, obviamente, también lo utilizamos para investigar y para traer riqueza, talento e innovación a las empresas. En once años, incluidos los duros años de la crisis, hemos pasado de ser cincuenta personas a ser más de 450, procedentes de todo el mundo. Atraemos talento y hemos puesto Barcelona y España en el mapa de la supercomputación.

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El supercomputador ha recibido dos grandes actualizaciones ¿para cuándo está prevista la próxima?

Hablamos de actualizaciones, pero en realidad lo que hacemos es cambiar completamente la máquina. Actualmente estamos trabajando para poder tener el MareNostrum 4 lo antes posible. Ya contamos con presupuesto y esperamos tener novedades a lo largo de este año.

Tras la Física y la Matemáticas, pilares de la ciencia está la Supercomptucación, asegura Valero

Tras la Física y la Matemáticas, pilares de la ciencia está la Supercomptucación, asegura Valero / Foto: BSC

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¿De qué aspectos se siente más orgulloso del BSC?

Sin duda de su gente, de su talento, ética y pasión por el trabajo, y del elevado grado de competencia que hemos obtenido gracias a nuestra interdisciplinariedad. Somos un centro que investigamos en el diseño de superordenadores y de software para superordenadores, pero que a la vez utilizamos estas máquinas para realizar investigación puntera en ciencias de la vida, ciencias de la tierra y en aplicaciones para la ciencia y la ingeniería. Esto nos permite tener una visión muy global del campo de la supercomputación, prácticamente única en el mundo, y participar en proyectos de lo más variado junto con centros, universidades y empresas de todo el Planeta. En nuestros once años de historia hemos pasado de ser un centro pensado para cincuenta personas a ser más de 450 y a formar parte de proyectos punteros a nivel mundial. La experiencia y la investigación acumulada en este tiempo, además, nos sitúan hoy en día en un momento en que estamos preparados para transferir tecnologías nuevas a la sociedad.

En once años de historia, el BSC ha pasado de ser un centro pensado para cincuenta personas a tener más de 450 

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Su investigación abarca diferentes conceptos de la arquitectura de computadores ¿Podría citarnos algunos?

Como usted bien dice mi especialidad es la arquitectura de computadores y en este campo, ya con más de 30 años de investigación a mis espaldas, he intentado contribuir en el desarrollo de los diferentes procesadores que hay en el mercado, especialmente en los que se conocen como procesadores vectoriales, procesadores súperescalares, procesadores multithreaded (o multihilo) y procesadores Very Long Instruction Word. En estos momentos, con el proyecto RoMoL, financiado por el European Research Council, estamos intentando proponer ideas para el diseño de los chips multi-cores que habrá dentro de cinco o diez años y sobre cómo se van a conectar para hacer superordenadores.

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La informática está cada vez más unida a otras disciplinas. ¿Cuáles serían las ventajas más destacables para la sociedad?

La informática es una herramienta que se utiliza en todas las disciplinas. Es la disciplina que más ha cambiado la sociedad en los últimos años y la que más seguirá cambiándola. Está claro que la informática ha permitido hacer hardware en el que se ejecutan aplicaciones que han cambiado el mundo. Internet es un ejemplo de este gran cambio, y ahora ya hemos llegado a una etapa en que los procesadores están ubicuos, es decir, que están en todas partes y sin que nos demos cuenta obtienen, procesan e intercambian información entre ellos.

Las simulaciones nos permiten entender cosas que pasan en la vida real y que somos incapaces de discernir por otros medios

En el campo de la supercomputación, la informática actúa como un acelerador de la ciencia y la ingeniería. Clásicamente, la ciencia se ha basado en la teoría (física, matemáticas, etc.) y la experimentación. Pero ya hace años que a estos dos pilares se le ha sumado la supercomputación, porqué la informática permite realizar cálculos y simulaciones que ayudan a investigar y a encontrar respuestas que de otra manera sería imposible o muy lento encontrar. Por ejemplo, una simulación en un superordenador permite ver qué está pasando entre un fármaco y la proteína que este fármaco quiere tratar, o discernir qué procesos químicos están sucediendo en cada momento en diferentes partes de una turbina de combustión. Las simulaciones nos permiten entender cosas que pasan en la vida real y que somos incapaces de discernir por otros medios, por esto hoy en día es una herramienta básica para el avance de la ciencia.

Se están consiguiendo grandes hitos en la inteligencia artificial ¿Qué podemos esperar de ella?

Este es un campo interesantísimo y muy relacionado con la supercomputación. La inteligencia artificial es una disciplina que data de los años cincuenta, pero es ahora, con la existencia de ordenadores y servidores más potentes cuando se empieza a ver todo su potencial. Desde el principio de los supercomputadores y hasta recientemente, se ha asociado el término a máquinas muy rápidas ejecutando aplicaciones numéricas. Pero hoy en día estamos ya inmersos en la invasión de los datos. Para el año 2020, se prevé que se producirán más de 20 Zetabytes de datos (213 Gigabytes) y nuestra respuesta para procesarlos es el Big Data y la Computación Cognitiva. Generar y almacenar datos no es suficiente. Necesitamos inteligencia para transformarlos en conocimiento.

En lugar de indicar con instrucciones a un computador qué hacer le diremos a la máquina que averigüe por sí sola la solución

Estamos entrando en una nueva era en la que los sistemas de computación incluirán herramientas de analítica avanzada (basadas en técnicas del llamado Aprendizaje Automático) y de deep learning, para permitir a los científicos obtener modelos predictivos elaborados gracias a la capacidad de las máquinas de autoaprender. La idea consiste en que, en lugar de indicar con instrucciones a un computador qué hacer, paso a paso, vamos a ofrecerle ejemplos ya resueltos, definiremos un objetivo y le diremos a la máquina que averigüe por sí sola la solución.

Los computadores adquirirán funciones análogas a las del cerebro como la inferencia, la predicción o la abstracción. Creemos que el BSC-CNS puede aportar mucho valor y tiene una posición privilegiada para liderar esta investigación. También creemos que somos el actor idóneo para hacer que los avances del Cognitive Computing lleguen a la sociedad. Proyectos como el de la Medicina Personalizada, sólo serán posibles mediante el uso la Computación Cognitiva. Y a ello vamos a dedicar gran cantidad de nuestros recursos en los próximos años.

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