Barcelona Supercomputing Center- Centro
Nacional de Supercomputación (BSC-CNS)
El Barcelona Supercompunting Center-Centro Nacional de Supercomputación pág. 3-4
Mateo Valero, director del BSC-CNS pág. 5
MareNostrum pág. 6
Introducción a la Supercomputación pág. 7 – 9
Inauguración oficial del Barcelona Supercomputing
Center-Centro Nacional de Supercomputación
Impulsado y gestionado por un consorcio formado por el Ministeri d’Educación y
Ciencia, la Generalitat de Catalunya a través del Departament d’Universitats,
Recerca i Societat de la Informació, y la Universitat Politècnica de Catalunya,
acoge el superordinador MareNostrum .
El pasado 22 de noviembre se inaugura oficialmente el Barcelona Supercomputing
Center-Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS), que acoge el superordinador MareNostrum como recurso principal de supercomputación y que está instalado en la antigua
capilla de la Torre Girona de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC). Al acto inaugural serán presentes el presidente de la Generalitat de Catalunya, Pasqual Maragall ; la Ministra de Educación y Ciencia, María Jesús San Segundo, el consejero del Departament d’Universitats, Investigación y Sociedad de la Información (DURSI), Carles Solà; y el director del Barcelona Supercomputing Center-Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS), Mateo Valero, entre otras personalidades.
Fundado en el año 2005, el Barcelona Supercomputing Center - Centro Nacional de Supercomputació ha heredado tota la tradición del Centre Europeo de Paralelismo de Barcelona (CEPBA) y alberga el MareNostrum, el superordinador más potente de Europa
por tercera vez consecutiva según la lista Top500 de noviembre de 2005. La misión del
BSC–CNS es investigar, desarrollar y gestionar la tecnología para facilitar el progreso científico.
El objetivo del BSC-CNS es convertirse en un centro de investigación en supercomputación (con áreas específicas en supercomputación y arquitectura de computadores), así como en áreas de la e-Ciencia, que requieren recursos de supercomputación, tales como las Ciencias de la Vida y les Ciencias de la Tierra. En este contexto de aproximación multidisciplinaria, el BSC–CNS dispone de un gran número de investigadores y expertos en HPC (High Performing Computing, HPC), que, unidos a recursos de supercomputación de última generación, faciliten el progreso científico.
Este centro español de supercomputación para uso multidisciplinar está dirigido por el catedrático Mateo Valero y se ha creado a partir de un consorcio formado por el Ministerio de Educación y Ciencia (MEC), a través de la Secretaría de Estado d‘Universitats i Recerca; por la Generalitat de Catalunya, a través del Departamento de Universidades, Investigación y Sociedad de la Información, y por la Universitat Politècnica de Catalunya (UP C), a partir de un convenio entre las tres entidades en el que se estipula que el MEC participa con un 51%, la Generalitat de Catalunya con un 37% y la UPC con un 12%. El objetivo de este consorcio es gestionar y promover la colaboración científica, económica, técnica y administrativa de las entidades que lo integran para la creación, la construcción, el equipo y la explotación del BSC-CNS.
La composición del Consorcio
El consorcio del MEC, la Generalitat de Catalunya y la UPC, que se establece bajo unos estatutos propios, tiene un Conse jo Rector, que es el órgano máximo de gobierno, y una
Comisión Ejecutiva, que actúa como comisión delegada del Consejo. El director del BSC-CNS
está nombrado por el Consejo Rector por un periodo de cinco años, renovables.
El consorcio cuenta con un Patronato Asesor, que tiene representación del mundo empresarial.
También el consorcio se dota de una Comisión Ase sora Científica, cuyo objetivo es asesorar al director del BSC-CNS en temas relativos a las actividades, programas y planos científicos y tecnológicos del centro, y proponerle actuaciones futuras que puedan mejorar la calidad y la
realización de los trabajos. Esta comisión está integrada por personas de reconocimiento internacional en los campos de actividad del centro, que son nombradas por el director.
Otro órgano asesor del consorcio es el Comité de Acce so, encargado de informar las solicitudes de acceso al centro por parte de los investigadores y grupos de investigadores que lo soliciten. Este comité, que está formado por miembros del mismo centro y por entidades o instituciones externas, propone al director del BSC-CNS una lista razonada y priorizada de las solicitudes en base a la calidad científica y técnica de las propuestas. Las partes integrantes del comité, así como los procedimientos de actuación y el reglamento de sus reuniones, son aprobados, a propuesta del director, por la Comisión Ejecutiva.
Las áreas de investigación del BSC-CNS
El Barcelona Supercomputing Center-Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS ) se constituye como una infraestructura de investigación para el uso multidisciplinar, al servicio de la comunidad nacional de científicos y técnicos, de entidades públicas y privadas, orientado a fomentar la colaboración internacional, conectado a través de les redes de comunicaciones a otros centros e instituciones de su ámbito.
La misión del BSC-CNS es investigar, desarrollar y gestionar Tecnologías de la Información, para facilitar el progreso científico. Por este motivo, desarrolla actividades científicas y tecnológicas de investigación propia en dos ámbitos:
• Investigación en IT: supercomputación y arquitectura de computadore s. El equipo
de investigación es heredero del conocimiento y de la experiencia en este ámbito del Centro Europeo de Paralelismo de Barcelona (CEPBA) y del CEPBA-IBM Research Institute (CIRI). En esta área trabajan tres grupos: el grup o de investigación en computación intensiva, el grupo de arquitectura de computadores y el grupo de investigación en bases de datos.
• Investigación en e-Ciencia. El equipo de investigación en e-Ciencia agrupa la
investigación en otras áreas de la ciencia no relacionadas con las tecnologías de la información, pero que necesitan capacidad computacional para realizar la investigación. Inicialmente trabajan dos grupos: el área de investigación en ciencias de la vida y el área de investigación en ciencias de la tierra.
En un futuro, se prevé la creación de otros grupos vinculados a la física y a la ingeniería y a la química y la ciencia de los materiales. También el BSC-CNS da servicio a las instituciones, empresas y equipos de investigación interesados en el uso del superordenador.
Mateo Valero, director del BSC-CNS
Mateo Valero nació a Afamen (Zaragoza) el 6 de agosto del 1952. Acabó sus estudios de Ingeniería de Telecomunicaciones en la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), el 1974 y presentó su Tesis Doctoral en la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), en 1980.
Es profesor de la UPC desde el año 1974 y catedrático del Departament o de Arquitectura de Computadores desde 1983. Ha sido director del departamento durante diversos periodos (1983-84;1986-87; 1989-90 y desde 2001 hasta la actualidad) y fue decano de la Facultad de Informática de Barcelona durante el periodo 1984-85.
Sus temas de investigación se centran en el área de arquitectura de computadores de otras prestaciones. En estos temes ha publicado más de 350 artículos.
Ha participado en la organización de más de 200 congresos internacionales como General Chair (11), Program Chair (20), miembro del Comité de Programa (150) y conferenciante invitado (55). Ha sido editor asociado de diversas revistes como IEEE-TPDS y Parallel Programming Languages, y editor de números especiales para IEEE-TC y el Computer Magazine.
Su actividad de investigación ha recibido diversos premios. Entre ellos, el Premio Rey Jaime I de la Generalitat valenciana, el primer Premio Nacional "Julio Rey Pastor", que reconoce la investigación en tecnologías de la información y comunicaciones, atorgado por el Ministerio de Ciencia y Tecnología, la “Distinción por reconocer y promover la investigación y la docencia en la universidad” otorgado por la Generalitat de Catalunya y el Premio a Ingeniero de Telecomunicaciones en el año 2004 otorgado por el Colegio de Ingenieros de Telecomunicaciones de España.
El mes de diciembre de 1994, fue acogido miembro fundador de la Real Academia de Ingeniería de España. En 1998, fue elegido hijo predilecto de su pueblo, Afamen, Zaragoza. El año 2001, fue elegido Fellow de IEEE (the Institute of Electrical and Electronics Engineers). En 2002 fue elegido Fellow por su reconocimiento en la investigación por Intel y también, Fellow de ACM, the Association for Computing Machinery.
MareNostrum, una herramienta puntera al servicio de la
investigación
El BSC-CNS alberga el supercomputador más potente de Europa, MareNostrum. Este supercomputador consta de 2.406 nodos dual 64-bit blade con un total de 4.812 procesadores 2.2 GHz PPC970FX que corren bajo un sistema operativo abierto Linux 2.6. La máquina está configurada en 29 racks de computación con un rendimiento pico de 42,35 teraflops (42,35 billones de operaciones en coma flotante por segundo), 9,6 terabytes de memoria principal (equivalente a 18.000 PCs domésticos) y 233 terabytes de espacio de disco.
Adicionalmente, 4 racks alojan la red Myrinet, que comunica los 2.406 nodos entre sí y también con los discos, 1 rack almacena la red de comunicaciones, y otro almacena el cabezal del sistema con otros 14 nodos blade, así como la conexión al exterior.
Adquirido por el Ministerio de Educación y Ciencia a IBM en marzo de 2004, el superordenador MareNostrum está considerado como una gran instalación científica española. Desde que se puso en funcionamiento oficialmente el Barcelona Supercomputing Center-Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS), con este ordenador trabajan investigadores altamente especializados en supercomputación, y se desarrollan proyectos de investigación de la más alta calidad científica en el ámbito internacional.
Entre las muchas aplicaciones, provenientes de todas las áreas de la e-Ciencia, ejecutadas hasta ahora en el MareNostrum, se encuentran diversos ejemplos de los denominados Grand Challenges (grandes retos), es decir, aplicaciones que se caracterizan por su especial interés científico y por unos requerimientos de recursos de supercomputación excepcionales. Aplicaciones como la simulación cosmológica de la formación de la estructura del universo, la simulación de turbulencias para el estudio de la aerodinámica de aviones y barcos, la predicción de la calidad del aire y la entrada del polvo sahariano en Europa y la interacción de proteínas para la generación de nuevos medicamentos, entre otros, han conseguido resultados nunca antes obtenidos en ningún otro centro de investigación en el ámbito mundial.
El espacio de la capilla
El superordenador MareNostrum está ubicado en la capilla de la Torre Girona, un espacio utilizado anteriormente como pequeño auditorio. La instalación está integrada por tres núcleos: un primer espacio en el centro de la capilla, donde está el superordenador colocado en una gran urna de vidrio de 9 x 18 x 5 metros, en forma de cubo rectangular. Para su construcción se han utilizado más de 19 toneladas de vidrio y 26 toneladas de hierro.
El segundo núcleo de la instalación está en la zona exterior del jardín. Consiste en un espacio enterrado de planta cuadrada, en el que se han instalado los aparatos de refrigeración, el grupo electrógeno y los transformadores de energía. En el tercer núcleo, ubicado en uno de los laterales de la capilla, se han instalado los espacios para los cuadros de control eléctrico, sistemas de detección y extinción de incendios, sistemas de alimentación ininterrumpida y puntos de conexión a la red científica de comunicaciones, a través del anillo científico.
Introducción a la Supercomputación
Un supercomputador es, como su nombre indica, un ordenador dotado de una potencia de cálculo superior en varios órdenes de magnitud a los ordenadores de sobremesa a los que estamos acostumbrados.
Su existencia en el ámbito informático es debida a la gran necesidad de computación que precisan algunas áreas de la ciencia, donde la experimentación física resulta impracticable por impedimentos económicos, temporales o, sencillamente, no puede ser llevada a cabo. Algunas áreas de aplicación de la supercomputación son:
• Simulaciones aeronáuticas y automovilísticas.
• Ciencias de la Vida (estudio de proteínas, órganos humanos, fármacos, …).
• Ciencias de la Tierra (estudio de la atmósfera, astrofísica, contaminación, meteorología, cambio climático, …).
• Nanomateriales.
• Física de altas energías. • Combustión.
• Procesado de imágenes. • Etc.
A continuación se describen algunas de las aplicaciones industriales más representativas de la supercomputación, organizadas por áreas.
Farmacia
La industria farmacéutica española, localizada de manera especial en Catalunya es una de las tradicionalmente más innovadoras. En los últimos años han realizado un gran esfuerzo para adaptar sus estructuras al escenario del desarrollo de fármacos en la era post-genómica. Muchas de estas empresas tienen pequeños laboratorios de cálculo liderados por jóvenes investigadores formados en los mejores centros de investigación nacionales e internacionales. No obstante, por la inversión que representa, ninguna de estas empresas cuenta con grandes recursos computacionales, lo que limita su capacidad competitiva respecto a las grandes multinacionales del sector.
MareNostrum es un instrumento ideal para el cálculo intensivo en tareas de modelización molecular. Ello lo convierte en una herramienta de gran potencialidad para la industria farmacéutica en tareas de diseño de fármacos, donde es preciso realizar un gran volumen de cálculo en un corto periodo de tiempo a fin de permitir un diálogo constante con los grupos de química médica. Aspectos concretos de la investigación farmacéutica en los que MareNostrum será imbatible incluyen: i) simulaciones de dinámica molecular de moléculas biológicas, ii) modelados de “docking” inverso, iii) cribado masivo de bases de datos guiado por condiciones de farmacóforo, iii) docking masivo de quimiotecas a receptores biológicos y iv) “docking” proteína-proteína y DNA-proteína.
Química
La Química es una de las ciencias que más rápidamente ha hecho suyo el uso del cálculo como herramienta fundamental para la racionalización, estructuración y predicción de fenómenos experimentales en su área de conocimiento. La empresa química no ha sido una excepción en este terreno y son numerosas las empresas químicas en las que la computación tiene un papel clave en el proceso de investigación.
MareNostrum tiene una gran potencialidad para resolver problemas de química teórica que sean paralelizables, sea a nivel de entrada o a nivel de proceso de cálculo. Por ello, es una herramienta única para simulaciones de: i) reactividad química de pequeñas y medias moléculas, ii) predicción de productos minoritarios en procesos de síntesis, iii) predicción de productos de degradación química o fotoquímica, iv) modelización del comportamiento de quimiotecas obtenidas por química combinatoria o paralela, v) diseño de catalizadores, vi) estudio de superficies.
Biología
La Biología ha sido tradicionalmente una técnica meramente experimental, pero en la última década ha incorporado el uso del ordenador como una herramienta fundamental en su trabajo diario y en la actualidad, la Biología es una de las ciencias más dependientes de cálculo. Todo ello ha venido de la mano del desarrollo de los proyectos Genoma y de la irrupción de la Bioinformática como especialidad troncal en la investigación biológica y biotecnológica.
El número de empresas de base biotecnológica en España es muy elevado, pero las compañías suelen ser muy pequeñas y con una capacidad limitada de accesos a grandes instalaciones. Ello ha hecho que se estructuren en torno a Parques Científicos y Tecnológicos y a grandes Instalaciones. No obstante, no disponen de acceso a grandes recursos de cálculo como los del Centro Nacional de Supercomputación que les permita ser competitivos en aspectos de: i) análisis masivo de secuencias, ii) minería de bases de datos de secuencia y de estructura, iii) procesado de datos de genotipado, o iv) modelización molecular.
Ciencias de la Tierra
Los principales proyectos en el área de Ciencias de la Tierra consisten en la modelización en el entorno del sistema climático, a nivel atmosférico, hidrológico y oceanográfico, utilizando las capacidades de MareNostrum para poder trabajar en escalas de alta resolución, inferior a 1 km2. Escala espacial que la compresión y gestión de dichos sistemas esta exigiendo.
Los modelos de simulación y de predicción de la situación presente y de escenarios futuros son aplicables a la difusión de contaminantes en la atmósfera y en el mar, a la predicción de los campos de vientos y la explotación de energías renovables. Pero especialmente en el principal problema ambiental actual, que es el cambio climático inducido por la activi dad humana.
En estos momentos, se empieza a tener una imagen bastante fiable de lo que puede representar el cambio climático a una escala global, pero no a escalas regionales y locales, que es donde los efectos se van a dejar notar y donde se pueden producir cambios drásticos, que afectan al medio económico, energético, social, turístico,etc. Por ello es fundamental mejorar tanto los aspectos de conocimientos acerca del funcionamiento del sistema Tierra, como es el caso, por ejemplo, de la influencia de los aerosoles en el balance radiativo, tanto de origen antropogénico como natural (transporte de polvo desde los desiertos, a España le afecta de una forma directa el polvo desde el Sahara), sino también conocer el conjunto de interacciones entre los diferentes elementos del sistema, y su incidencia en las condiciones de vida y salud. El actual modelo energético, esta entrando en una fase de cambio y de un mayor grado de diversificación. El aprovechamiento de las energías renovables, tales como la eólica y la solar, van a necesitar de una previsión en detalle horario para poder sacar todo el provecho posible de las mismas, para que puedan cubrir los aumentos de demanda energética y si es posible reducir el uso de los combustible fósiles. Ello requiere el manejo de bases de datos importantes, y con unos niveles de información geográfica y territorial muy elevados. Integrando los diferentes sistemas del medio natural, como son las distintas metodologías actualmente disponibles, con integración de las medidas en superficie con la información que se deriva de los satélites, y todo ello en tiempo real, lo cual requiere una alta potencia de manejo de información y de cálculo.
Ingeniería
El sector de la ingeniería, especialmente el vinculado a la industria aeronáutica y automovilística, ha sido tradicionalmente un gran usuario de recursos de supercomputación. Desde los orígenes de esta tecnología, las empresas de ingeniería y los departamentos de I+D de las grandes empresas aeronáuticas y automovilísticas se han dotado de los mejores supercomputadores para realizar cálculos intensivos sobre sus prototipos, con el objetivo de simular su comportamiento futuro en fases tempranas de su desarrollo. La integración de estas herramientas en el ciclo de desarrollo de los proyectos ha permitido mejorar el time-to-market, costes y calidad de sus productos.
Las simulaciones realizadas se han centrado en diferentes aplicaciones, entre las que se encuentran:
• Estudios de dinámica de fluidos, con el objetivo de simular tanto el comportamiento interno como externo, que presentarán los productos en condiciones reales. El fin último de este tipo de simulaciones será la creación de un túnel del viento virtual, que sustituirá completamente a las extremadamente caras pruebas físicas realizadas hasta ahora.
• Pruebas de choque, donde se simula el comportamiento de los productos ante los
impactos que puedan sufrir durante su vida útil.
• Análisis de desgastes y roturas, mediante los que se estudia el comportamiento futuro de los productos durante su utilización habitual.
Otras áreas de aplicación
La Ciencia y Tecnología de los Materiales, que comprende el estudio de materiales estructurales y funcionales, su crecimiento y síntesis, el estudio y diseño de nuevos materiales, la nanociencia y la nanotecnología. El BSC puede ayudar en estudios de simulación de propiedades y procesos relacionados con nuevos materiales, tanto a nivel macro como micro. Los retos a afrontar en este campo están relacionados con la reactividad química en superficies, el diseño de materiales con propiedades predefinidas, la nanotecnología, los biomateriales o el almacenamiento de energía.
La Física, que engloba la Física de Altas Energías, la Fusión Nuclear, los Sistemas Complejos, la Física Estadística, la Fluidodinámica y la Físico-Química, donde existen elevadas necesidades de supercomputación.
El área de “Astronomía y Espacio”, que comprende Astrofísica Teórica, Cosmología, Astrofísica Observacional y Exploración Espacial. En este entorno se realizarán proyectos relacionados con la explotación eficiente de los recursos observacionales existentes, el análisis masivo de datos y la integración de modelos y datos. El BSC establece relaciones con los Observatorios, Centros de Excelencia e Instalaciones Espaciales.
La geología y, en particular, el estudio de prospecciones petrolíferas constituyen un área donde la supercomputación es básica para reducir los costes de dichas prospecciones, existiendo compañías con grandes recursos de supercomputación dedicados en exclusiva a mejorar sus estudios de campo.
Tecnologías de la Información
Transversalmente a los sectores industriales mencionados anteriormente, el sector de las tecnologías de la información es, en sí mismo, un gran usuario de la Supercomputación.
Independientemente de que sea el proveedor principal de los recursos de Supercomputación, tanto hardware como software, necesita utilizar los propios sistemas desarrollados con el objetivo de:
• Ayudar al resto de sectores en la mejora continua de sus propios productos y servicios.
• Analizar el comportamiento de los mismos con el objetivo de desarrollar los
El Barcelona Supercomputing Center – Centro Nacional de Supercomputación posee una experiencia de más de 20 años en estas áreas, siendo reconocido en el ámbito internacional como uno de los centros de excelencia en Supercomputación y Arquitectura de Computadores.
Información adicional en Internet:
http://www.bsc.eshttp://www.ac.upc.es/homes/mateo http://www.top500.org
