El académico de la Universidad Politécnica de Cataluña explica las diferencias entre la computación cuántica y los supercomputadores y revela las principales consideraciones a la hora de hacer máquinas aún más potentes.
Mateo Valero, director del Barcelona Supercomputing Center (BSC), habla con orgullo de las bondades del MareNostrum 4, la última versión del supercomputador más emblemático y potente de España, una máquina que entró en operación a finales de junio de 2017 y proyecta un rendimiento pico de 13,7 Petaflops.
Aunque puede ser difícil de comprender y dimensionar las capacidades de estos portentos, Valero explica que se trata de computadores formados por los mismos componentes que los tradicionales, pero a una escala mucho mayor que los hace los más rápidos del mundo.
La clave está en un componente básico: un nodo (o ladrillo) que es una placa donde residen los procesadores y la memoria. Desde allí sale fibra óptica a un conmutador o central telefónica que permite que los procesadores de cualquier nodo se puedan comunicar con cualquiera de los otros procesadores con la menor latencia posible. “Por ejemplo, el MareNostrum tiene en el ladrillo básico dos chips y cada uno cuenta con 24 procesadores. En cada ladrillo entonces tenemos 48 procesadores, 96 gigabytes de memoria y tenemos 3.456 ladrillos que se conectan por fibra óptica a través de esa central telefónica”, cuenta Valero.
De visita en Chile para exponer en Congreso Futuro, el académico de la Universidad Politécnica de Cataluña, nos revela además las principales preocupaciones que existen para hacer computadoras aún más potentes. La energía es lo primero, pues el gasto de estas máquinas es altísimo (hasta 20 megavatios) debido a la gran cantidad de procesadores. Es allí cuando entra en juego la importancia del diseño de hardware para que tareas muy exigentes como mover datos entre procesadores, se optimicen hasta que la cantidad de movimientos sea la mínima necesaria.
Otro problema es que para hacer computadores diez veces más rápidos se necesitan diez veces más procesadores y allí no hay fiabilidad pues “se cascan”. Entonces tienes que poner mecanismos para que, si luego de varias horas de uso de algún programa, se rompe el sistema, no se deba retomar desde cero, sino que del último punto registrado. Así, conjugan energía, conectividad, fiabilidad y por último, "quien le pone el cascabel al gato", el software.
El investigador español valora especialmente la tarea de co-diseñar, es decir, probar y construir un computador con hardware y software alineados y optimizados para funcionar conjuntamente. Sin embargo, advierte de una dificultad que sigue rodeando al mundo “de los fierros” que puede ser difícil de subsanar y que abre la puerta a la vulnerabilidad y hasta al espionaje.
-Y a nivel de seguridad, ¿se deben tener consideraciones respecto al hardware?
-La única que puedes tener a nivel de hardware es que desarrolles el hardware tú mismo, cosa que es imposible. Lo que pasó cuando yo era joven era que cuando comprabas un computador, te casabas no solamente con la mujer sino con los suegros; una vez que comprabas la máquina, el software estaba conectado con el hardware. O sea, si luego desarrollas un programa aquí y la siguiente máquina era de otro fabricante, tenías problemas. Con esa esclavitud del software acabó Linus Torvalds, pero ha seguido la esclavitud del hardware: está Intel, IBM, ARM cualquier fabricante de chips tiene su juego de instrucciones, diseña los chips y ellos pueden hacer lo que quieran y claro que hay puertas laterales en hardware que no las puedes controlar porque si no has hecho el hardware, es imposible. Entonces, para acabar con eso ha empezado un movimiento en Berkeley que se llama RISC-V (pronunciado "Risk-Five") que lo que intenta es que los procesadores sean abiertos, que cualquiera pueda ser como Linus.
-Este último año se ha hablado mucho de computación cuántica. ¿Qué relación tiene con una supercomputadora?
-La computación cuántica es el viejo sueño de poder ir mucho más rápido que los computadores actuales. Pero hasta ahora están en el invierno polar, a pesar de los anuncios. Realmente se está invirtiendo mucho dinero y se llegará en algún momento a hacer algo con computadores cuánticos, pero se tardará. En cualquier caso, lo que se va a hacer, se entiende que van a ser computadores cuánticos para ejecutar un número finito y pequeño de aplicaciones. Por ejemplo, romper códigos de seguridad, problemas de optimización, pero -nunca- nadie piensa, porque es imposible por la forma de construirlos, que puedan sustituir a los computadores normales. Tal como se ve ahora se está trabajando mucho en algoritmos cuánticos, sin haber hardware cuántico, que es muy difícil hacerlo estable cuando montas en qubits, pero irá avanzando y puede ser como aceleradores de los supercomputadores. Al principio, los procesadores de un supercomputador eran de propósito general: comían carne, fruta, verdura, ensalada, de todo. Luego dijeron que si muchas aplicaciones tienen necesidad de mucha carne, por qué no hacemos hardware que se coma la carne y hacemos aceleradores que comen carne (aunque cuando le dices que coma pescado, va lentisimo). Entonces, va a haber aceleradores cuánticos para resolver las aplicaciones que te he dicho y algunas más.
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-¿Podrían coexistir entonces?
-Sí, no los van a reemplazar. Los supercomputadores se hacían con procesadores de propósito general, luego se han puesto tipos de aceleradores, por ejemplo, aceleradores médicos, luego para la inteligencia artificial, ahora para simular, es muy importante. En definitiva, los supercomputadores cada vez más, sobre todo por problemas de la energía, van a hacer heterogéneos, van a tener diferentes tipos de módulos, cada uno especializado en un tipo de aplicaciones, uno de ellos puede ser cuántico, otro de inteligencia artificial o médico. El computador cuántico sería una parte del supercomputador, de forma que en algún algoritmo en que lo cuántico fuera la mejor solución, se ejecutaría ahí. Pero si es otro, aquí (N. en referencia a otra opción).
-¿Cuándo veremos aplicaciones comerciales para estos casos?
-Para los supercomputadores ya hay muchas aplicaciones. Hay gente que se ha hecho muy millonaria: buscar petróleo, medicina personalizada, nanotecnología, el tema de la bolsa. Si tienes mucha información y la procesas con algoritmos inteligentes, pues seguro que puedes hacer cosas que tu opositor no puede.
A nivel de computación cuántica no hay nada. IBM o Google tienen algunos prototipos que dejan que la gente los use para entrenarse, pero de momento están a ese nivel.
-En su charla hizo mención a que un smartphone de hoy es como supercomputador de hace 25 años. ¿Se atrevería a proyectar lo que sucederá en 25 años más?
-No puedo hacerlo porque nadie puede hacerlo. La Ley de Moore está llegando al final, los transistores ya son pequeñitos. Al tener pocos electrones para hacer el transistor aparecen los fenómenos cuánticos, entonces ahora estamos con 12 nanómetros, luego porque siempre de una generación a otra se multiplica por 0,7, serán con 8nm o 9nm y luego 6nm y menos de 3 nanos. Nadie dice que se puedan hacer más pequeñas porque aparecen los fenómenos cuánticos y sobre todo porque las panaderías donde se hacen, los hornos, son super caros.
¿Hay un límite definido ya entonces para esta evolución?
-Pues como la velocidad de los aviones. No han subido al doble. Ahora van a 1.000 km/h y aparecen los supersónicos y quieren que los hagan tres veces más rápidos, pero un avión no irá cien veces más rápido, todo tiene su límite en la vida, hasta la vida misma.
-Finalmente, ¿le preocupa la brecha entre personas más y menos tecnologizadas?
-Muchísimo. Lo más importante en un país es que tenga una buena educación, que haya igualdad de oportunidades y de competencias para niños y niñas, eso lo decía Mandela y mucha gente . Y luego, arriba de la educación está la investigación. Sin investigación un país no produce ideas que puedan utilizar las empresas para producir riqueza. La educación es fundamental, es lo más importante.
