POR:Mónica Flores|FOTO:Cortesía del CNS de España
Entrevista con el profesor José María Cela, del Barcelona Supercomputing Center

El Centro Nacional de Supercomputación (CNS) de España tiene la misión de hacer avanzar la ciencia en todo lo tocante a tecnología de la supercomputación y simuladores que se construyen para grandes sistemas de cálculo. En el Departamento de Aplicaciones Computacionales en Ciencia e Ingeniería, que dirige el profesor José María Cela, “desarrollamos software y grandes programas de simulación, para representar fenómenos físicos complejos: cómo se comporta un fluido alrededor de un avión, cómo es una combustión en una turbina de gas… O fenómenos meteorológicos: cómo simular, de forma precisa, el viento en un parque eólico. Básicamente, hacemos desarrollos para el mundo de la ingeniería; trabajamos mucho con el sector energético”, comenta el profesor Cela.

Mucho de lo que desarrollan tiene como destino la industria del petróleo y el gas para exploración geofísica, es decir, para ver los recursos de hidrocarburos que hay en el subsuelo. “También trabajamos con la industria eólica. Hacemos software para diseñar y predecir la producción de parques eólicos y también mucho con empresas dedicadas a diferentes tipos de motores para aviación, motores de combustión interna para los vehículos, o bien, turbinas para la generación de energía eléctrica”.

José María Cela es ingeniero por la Universidad Politécnica de Cataluña y profesor de la misma. “Cuando hice mi tesis doctoral, la hice en el tema de la programación paralela y las simulaciones paralelas en el mundo de la ingeniería. Trabajé mucho tiempo en el tema de diseño de lentes, en simulación de cómo se fabricaban y cómo se diseñaban. Después empecé a trabajar aquí, en el entonces llamado CEPBA, en donde, básicamente, nos dedicábamos a hacer transferencia tecnológica a las compañías. A raíz de estar en este centro, tuvimos mucho éxito, muchos contratos. En el año 2000 firmamos un acuerdo con IBM, en el cual, además de las otras cosas que hacíamos, desarrollamos productos de software para esta empresa. En 2004 apareció la oportunidad de instalar un supercomputador en España y lo discutimos con el gobierno… y le pareció buena idea. El CEPBA se convirtió en el Centro Nacional de Supercomputación”.

Las líneas de investigación que ha cubierto en su campo abarcan arquitecturas paralelas, paralelización de algoritmos numéricos, algoritmos para matrices dispersas, elementos finitos, elementos de contorno, diferencias finitas, optimización, problemas inversos y modelos basados en agentes, entre otros. El profesor Cela es el director del Computer Applications in Science and Engineering (CASE), uno de los cuatro departamentos científicos del Barcelona Supercomputing Center (BSC).

Simulación de alta resolución de la turbulencia en un generador eólico.

¿Qué es la supercomputación?

“La supercomputación no es más que la computación normal, pero llevada a su límite. Un supercomputador es lo mismo que un coche Fórmula 1 comparado con un coche normal. Los dos son coches, pero el Fórmula 1 es capaz de alcanzar unas velocidades que el auto normal no puede. Un supercomputador es capaz de hacer una cantidad de cálculos que un computador como el que tenemos en casa no puede. Pero hay una diferencia importante: un supercomputador es capaz de hacer una masa enorme de cálculos. Debido a que coge computadores individuales, los junta y los conecta a una red de alta velocidad, los cálculos se distribuyen entre ese grupo de computadores”, comenta el profesor Cela. “Por ejemplo, hay máquinas que tienen ya millones de procesadores. Cuando yo lanzo un cálculo sobre una máquina que tiene millones de procesadores, debo partir en pequeñas tareas el trabajo que tengo que hacer y asignarle una de esas tareas a cada uno de los procesadores. Eso requiere una programación especial”.

¿Para qué necesitamos supercomputadores? “Para simular fenómenos de la naturaleza, de la física, que requieren una cantidad enorme de operaciones. Para simular una combustión, necesito máquinas del orden del 1020 operaciones. Las máquinas actuales, la más grande, es de 1017. La máquina más grande del mundo no sería capaz de simular al más mínimo detalle una combustión; aún le falta capacidad de cálculo”, afirma el profesor Cela.

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Repaso histórico hasta la actualidad

“En la exploración de hidrocarburos, hace 20 años los geofísicos no podían simular la propagación de ondas, porque los supercomputadores no tenían suficiente capacidad de cálculo para ello. Así que sustituían las ondas por rayos y, para estudiar el subsuelo, usaban trazadores de rayos que, por supuesto, cometen muchos errores porque lo que se propaga en el subsuelo no son rayos”, comenta el profesor Cela. “Hace unos 10 años aproximadamente, ya teníamos máquinas teraflop, y con eso ya se podían propagar ondas acústicas y, además, generar imágenes, como las ecografías de los hospitales, mediante un algoritmo que se llama RTM. En aquel momento hacía falta una máquina de 100 teraflops para poder hacerlo”. Hoy en día, tenemos máquinas petaflops [1015) y el RTM es algo que cualquier compañía hace. Cela agrega: “Ahora ya no usamos ondas acústicas; ahora usamos ondas que son mucho más parecidas a las de verdad, las ondas elásticas. Además, calculamos los valores de ciertas propiedades físicas del subsuelo, lo que hace unos años era imposible, porque faltaba capacidad de cálculo. En la industria de la energía eólica, podemos hacer modelos de micro-escala, con los cuales podemos predecir el parque eólico con precisión de metros y minutos. En los motores, los modelos de combustión actuales han llegado a un nivel de precisión donde ya comienzan a ser útiles de verdad para construir motores. Hace 10, 15 años, eso era imposible. Se hacían las simulaciones, pero el nivel de error era demasiado elevado”.

Simulación de combustión en una turbina aeronáutica.

El futuro con supercomputadoras

El experto del Barcelona Supercomputing Center, del Centro Nacional de Supercomputación de España, anticipa para el futuro: “El principal avance que veremos es que, hacia 2020, vamos a tener máquinas exaflops; eso quiere decir 1018 de operaciones por segundo. Con esas máquinas, especialmente en la parte de la industria de petróleo y gas, se podrán hacer modelos más precisos y mezclando varios tipos de ondas”.

No sólo la industria de petróleo y gas se verá muy beneficiada. En el mundo de la combustión, podremos tener modelos de combustión con combustibles más complejos. Las energías renovables también crecerán gracias a los avances de la supercomputación. “En la industria eólica habrá mejores predicciones de la producción de los parques. Para la fotovoltaica, lo mismo; habrá una meteorología más precisa para hacer los ajustes de producción, pero, además se podrán correr códigos para diseño de materiales que permitan investigar materiales nuevos para las células fotovoltaicas; serán nuevos… y más eficientes”.

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