Una institución educativa brasileña participa en el programa global de Intel

La Universidade Estadual Paulista es la primera sede en São Paulo de un centro de computación paralela que cuenta con el apoyo de la empresa de tecnología

Por Elton Alisson

Agência FAPESP – El Núcleo de Computación Científica (NCC) de la Universidade Estadual Paulista (Unesp) fue seleccionado por Intel para integrar un programa de computación paralela, cuando una gran tarea computacional es distribuida y realizada al mismo tiempo por computadoras de alto desempeño, de manera tal de optimizar su uso y disminuir el tiempo necesario hasta la conclusión del trabajo.

La Unesp será la primera universidad del estado de São Paulo y la segunda de Brasil sede de uno de los más de 40 centros de computación paralela que cuentan con el apoyo de Intel en el mundo. Otros centros se encuentran en instituciones tales como Stanford University, en Estados Unidos, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH), en Suiza, Bristol University, en el Reino Unido, y en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (Cern).

En Brasil, el otro núcleo de computación paralela de la empresa es el Coppe, el Instituto Alberto Luiz Coimbra de Posgrado e Investigación en Ingeniería de la Universidad Federal del Río de Janeiro (UFRJ).

A juicio del profesor Sérgio Novaes, director científico del NCC de la Unesp, la participación de la universidad paulista en el programa de Intel permitirá mejorar la calidad de los servicios de disponibilidad de recursos de computación de alto desempeño y de soporte que brinda actualmente el GridUnesp, con sede en el NCC, para casi 60 proyectos científicos de diferentes áreas de investigación de la institución.

Sucede que permitirá capacitar y actualizar a los profesionales del NCC en técnicas de programación paralela para sacarles el máximo provecho a los recursos de nuevos procesadores y aceleradores con muchos núcleos de procesamiento (cores) que se encuentran instalados en el centro.

“Resulta fundamental que no nos quedemos atrás en lo que se refiere a los principales avances en computación de alto desempeño. Debemos ofrecerle un servicio de calidad a la comunidad académica de la Unesp y, al mismo tiempo, seguir muy de cerca la evolución tecnológica en el área, y no de manera superficial”, afirmó Novaes.

Esta colaboración también permitirá aplicar la experiencia y el conocimiento adquirido en computación paralela en Física Experimental de Altas Energías, que es un área de interés del NCC.

Una elección juiciosa

“El proceso de elección de las instituciones de investigación científica con miras a integrar el programa de computación paralela de Intel es sumamente juicioso y son pocos los países con dos instituciones seleccionadas para tomar parte en el programa, tal como es el caso de Brasil”, declaró Fernando Martins, director ejecutivo de Intel Brasil, a Agência FAPESP.

“Esto demuestra no sólo la excelencia de esas instituciones, sino también la importancia de Brasil en el uso y en el desarrollo de aplicaciones para computación de alto desempeño”, subrayó.

De acuerdo con Martins, uno de los criterios para la selección de una institución para participar en el programa consiste en contar con científicos con conocimiento y experiencia en computación paralela, con el fin de desarrollar aplicaciones (software) para computación de alto desempeño en sus áreas de excelencia en la investigación científica.

“Intel financia los fellowships de aquéllos que trabajarán en el desarrollo y en el perfeccionamiento de aplicaciones en esas instituciones”, dijo Martins.

La idea es que las aplicaciones desarrolladas en los centros de computación paralela financiados por la empresa se encuentren disponibles para su utilización por parte de la comunidad científica y técnica en computación de alto desempeño.

“Se espera que los científicos y los profesionales que trabajan en estos proyectos de desarrollo de software compartan los resultados con la comunidad científica y técnica en computación de alto desempeño en Brasil por medio de workshops que organizamos con esta finalidad”, dijo Martins.

Un dilema computacional

Además del GridUnesp, el Núcleo de Computación Científica de la Unesp es sede del Centro de Investigación y Análisis de São Paulo (Sprace), que cuenta con el apoyo de la FAPESP. De este modo, suministra un soporte computacional específico al grupo de investigadores en Física de Altas Energías de la institución.

La estructura computacional del Sprace forma parte de la colaboración Solenoide Compacto de Muones (CMS, por sus siglas en inglés), del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), mantenido por el Cern.

“A través del Sprace, los investigadores y los estudiantes del grupo de Física de Altas Energías de la Unesp emplean recursos computacionales y de almacenamiento instalados en el datacenter del NCC y procesan y participan en el análisis de datos producidos por el CMS”, comentó Novaes.

De acuerdo con el profesor, la comunidad científica participante en las observaciones experimentales realizadas en el LHC deberá afrontar, a partir de 2015, un “dilema computacional”.

Sucede que el LHC volverá a operar el año que viene con mayor energía, de entre 13 y 14 teraelectrón-voltios (TeV), ante los 8 TeV con los cual cuales trabajó durante los últimos años. Este aumento de energía vendrá acompañado de un aumento de la cantidad de eventos en el colisionador (lea más en: http://agencia.fapesp.br/19829).

Con todo, el problema reside en que la capacidad computacional instalada en el LHC –denominada Worldwide Computing Grid del LHC (WLCG), que conecta 100 mil procesadores de 34 países, incluso los del Sprace, en Brasil– no será suficiente como para procesar y almacenar la enorme cantidad de datos que se generarán.

“Existe una presión, incluso de los países miembros del Cern, para hallarle una salida a este dilema computacional”, dijo Novaes.

“Una salida natural sería explorar las nuevas arquitecturas de computación que han salido al mercado, tales como chips de até 256 cores [núcleos de procesamiento], para intentar paralelizar los procesos y, de esta forma, disminuir la necesidad de hacer grandes inversiones en computación de alto desempeño”, explicó.

Los científicos se han esforzado por desarrollar y perfeccionar los software, con el fin de aumentar el paralelismo y la escalabilidad de las aplicaciones.

En el caso del Cern, uno de los software aspirantes a realizar la paralelización de la inmensa cantidad de datos del LHC a partir de 2015 es el Geant4, desarrollado por un grupo de investigadores del área de Física de Altas Energías del Cern.

El software permite simular la interacción de la radiación con la materia, tal como sucede en el interior de los detectores de partículas del LHC. “El Geant4 simula prácticamente todos los eventos que involucran la interacción de la radiación con la materia que pueden ocurrir en el interior del detector.

Y por medio de esta simulación logramos prever cómo se medirán las partículas detectadas en el colisionador”, detalló Novaes. Como la interacción de la radiación con la materia es de interés más allá de la Física de Altas Energías, la aplicación del software empezó a expandirse a otras áreas, tales como la de radioterapia.

“El software se utiliza actualmente para calcular la dosimetría de la radiación en el tratamiento del cáncer, por ejemplo, cuando la dosis de radiación debe concentrarse en un tumor que es el blanco y es necesario reducir la exposición de los tejidos sanos, por ejemplo”, dijo Novaes.

Según el investigador, en el ámbito del programa de centros de computación paralela de Intel, el NCC tendrá como objetivo adaptar el software a las arquitecturas computacionales modernas y desarrollar nuevas estrategias y algoritmos para que el programa emplee de manera eficiente los nuevos procesadores multicore.

Asimismo, los científicos mantendrán la colaboración con colegas del Grupo de Simulaciones del Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), de Estados Unidos, que se dedican a realizar optimizaciones del Geant4 y trabajan asociados con ingenieros de software del Cern en el desarrollo de una nueva versión del software, el Geant-V.

“El proyecto permitirá seleccionar al menos dos personas para trabajar en dedicación exclusiva en la paralelización del Geant”, dijo Novaes.

“La idea es que los profesionales seleccionados permanezcan al menos tres meses en el exterior, trabajando en colaboración con investigadores del Fermilab, del Cern y de la propia Intel, para participar en el desarrollo de la paralelización del software antes de regresar a Brasil con el fin de darle continuidad a los trabajos”, afirmó.