La ciència i la tecnologia generen i treballen amb grans quantitats de dades i, a més, executen processos extremadament complicats que necessiten una ingent capacitat computacional. Per aquest motiu, en els darrers anys s’ha anat creant i desenvolupant la infraestructura necessària per afrontar aquestes necessitats. A Catalunya, el 2004 es va fundar el Centre de Supercomputació de Barcelona – Centre Nacional de Supercomputació (BSC-CNS), equipat amb un supercomputador: el MareNostrum.
Des de la creació del primer MareNostrum el 2005, se n’han fet tres millores fins a arribar a tenir la versió actual, el MareNostrum 4, que va començar a funcionar el 2017. Aquest superordinador té una capacitat computacional, mesurada en flops o operacions per segon, de 13,9 Petaflops (139 amb catorze zeros al darrere ), 330 mil vegades més potent que un dels processadors més comuns com el que podries tenir al teu ordinador. Pel que fa a capacitat d’emmagatzematge té 14 Petabytes (14 milions de Gigabytes), mentre que un ordinador convencional es troba habitualment per sota dels mil Gigabytes (1 Terabyte).
Actualment, ja està en construcció el MareNostrum 5, un nou superordinador 14 vegades més potent que el MareNostrum 4 i amb un cost de 217 milions d’euros. Tanmateix, de moment, l’estrella del BSC continua sent el MareNostrum 4, que de fet està a la posició 82 dels superordinadors més potents del món.
El BSC
EL BSC és un consorci finançat pel Govern espanyol, la Generalitat de Catalunya i la Universitat Politècnica de Catalunya. De fet, alguns dels seus quatre edificis estan cedits per la UPC, ja que es troba al Campus Nord de la UPC, darrere dels jardins del palau de Pedralbes. L’edifici més curiós del complex és la Capella, que conté una gran vitrina que ocupa tota la galeria central on resideix el MareNostrum 4 i està oberta a visites de grups, especialment escoles. Ara també es pot visitar virtualment des d’aquest enllaç. A més de la Capella, fa poc més d’un any es va inaugurar el nou edifici corporatiu del BSC pensat per oficines i per albergar el MareNostrum 5, del qual ja se n’han instal·lat algunes parts, incloent-hi part del sistema de refrigeració.
Com a curiositat, a Finlàndia es troba el supercomputador més potent d’Europa i tercer del món anomenat LUMI, i el seu sistema de refrigeració aprofita la calor generada pels ordinadors per escalfar aigua que serveix de calefacció per les mateixes instal·lacions del supercomputador i per una part de la ciutat de Kajaani. Es calcula que aquest sistema evita l’emissió de 12 mil tones de CO2 cada any.
Tornant al BSC, l’any 2021 va tenir un finançament de 47,2 milions d’euros, dels quals 21,6 provenien de fons competitius de la Comissió Europea.
Ara mateix hi treballen gairebé 800 persones, la majoria de les quals són personal científic dividit en 57 grups de recerca. Aquests grups s’estructuren en quatre departaments de recerca: ciències de la computació, ciències de la vida, ciències de la Terra i aplicacions computacionals en ciència i enginyeria.
Tota la recerca que s’hi fa és en l’àmbit computacional, per tant, no ens podem imaginar la típica imatge del científic amb la bata blanca en un laboratori ple d’instruments sinó oficines i gent treballant amb ordinador com el que pots tenir tu, però amb el privilegi de poder-se connectar al MareNostrum per fer tasques computacionalment molt costoses.
Ara bé, per què s’utilitza tot això?
Essencialment, un supercomputador com el MareNostrum ens permet executar processos que un ordinador qualsevol no podria suportar. Per exemple, ens permet realitzar simulacions on hi intervenen un nombre immens de factors, com interaccions entre molècules o fer operacions repetitives un munt de vegades.
Fixem-nos per exemple en el grup de recerca de Transcriptòmica i Genòmica Funcional que, a grans trets, intenta entendre com sorgeixen les diferències entre persones i entre teixits a nivell dels gens. Per exemple, agafem dos teixits ben diferents del nostre cos: el fetge i el pulmó. Totes les cèl·lules que formen aquests teixits tenen la mateixa informació genètica, però la utilitzen d’una manera diferent i això els permet fer funcions completament diversesi prendre estructures i aspecte també diferents. A petita escala, quines molècules, quins gens, quines proteïnes i quins processos hi estan involucrats?
O, si mirem entre persones, per què hi ha gent que presenta formes més greus d’una malaltia que d’altres? Quines parts del seu genoma (el seu ADN) poden estar-hi relacionades?
La matèria primera per fer aquesta recerca es basa en seqüències de lletres, obtingudes de mostres de pacients, donants o experiments, que simbolitzen l’encadenat de molècules que formen l’ADN, l’ARN i les proteïnes. I no parlo de llistes de 100 lletres! Per fer-nos a la idea, un gen molt involucrat en el càncer és TP53 i té una seqüència de gairebé 20 mil lletres. El nostre cromosoma 1, que és el més gran, té pràcticament 250 milions de lletres i tot el nostre genoma, comptant tots els cromosomes tant materns com paterns, en té entre 6,27 i 6,37 mil milions.
Doncs bé, ara imagina’t que et dono un document amb 30 milions de seqüències amb unes 200 lletres cadascuna i has de trobar exactament de quina part del genoma han sortit, com si es tractés d’un trencaclosques immens. És evident que necessitem ordinadors amb molta potència per fer-ho, i, tot i això, encara és un procés que triga hores en finalitzar. És per això que disposar de supercomputadors com el MareNostrum 4 és fonamental per al progrés de la ciència i la tecnologia, que, com ja hem dit, cada vegada tracten conjunts de dades més grans i s’utilitzen per fer processos més complexos.
Ja per acabar…
Actualment, al món hi ha més de 500 superordinadors i no se’n deixen de construir de nous que superen sobradament la capacitat dels anteriors. El MareNostrum 5 en serà un exemple i el LUMI de Finlàndia, que ha engegat aquest mateix any, també. Finalment, l’arribada de la computació quàntica promet ser tota una revolució que reduirà els temps computacionals vertiginosament.
Per saber-ne més
BSC – Què fem?
Viquipèdia – Supercomputador
LUMI supercomputer – Sustainable future
