El superordenador más grande del mundo está obsesionado con nuestro genoma

Descifrar el genoma humano de referencia llevó 15 años de trabajo (entre 1990 y 2004) y supuso un coste de 3.000 millones de dólares. Hoy, gracias al progreso tecnológico (especialmente en Ingeniería informática) podemos descifrar genomas humanos individuales en unas horas de trabajo y por un coste que ronda los 3.000 euros.

Pero la investigación del genoma humano aún tiene mucho camino por recorrer y la tecnología mucho por decir en un área donde empresas como Lenovo ya han conseguido alzarse a los primeros puestos como desarrolladores y proveedores de estos sistemas. Los superordenadores juegan un papel clave en este sentido, dado que permiten realizar cálculos, simulaciones y análisis de grandes cantidades de datos que ayudan a investigar y a encontrar respuestas que de otra manera sería imposible o muy lento.

El superordenador en España que sirve a la ciencia


Uno de estos superordenadores está en nuestro país. Más concretamente, en el Barcelona Supercomputing Center (BSC). Y, además, es el superordenador de última generación más grande del mundo gracias a su última actualización.

Hablamos de MareNostrum 4, la última de las versiones de este potente ordenador, que ha alcanzado el petaFLOP de computación. Desde la Capilla Torre Girona de la Universidad Politécnica de Cataluña donde está situado, servirá para potenciar el estudio científico del genoma humano a través de áreas tan diversas como la investigación, la bioinformática y la biomecánica.

Cabe recordar que fue en 2004 cuando la primera versión de este superordenador hacía su irrupción en el mercado español. Desde entonces, ha ido ampliando sus capacidades en diversas ocasiones. Aunque este centro abrió la red de supercomputación de España, sigue siendo el más importante de cuantos tenemos en nuestro país.

Una potencia con menor consumo


Con su última actualización, se sitúa como el tercero más potente de toda Europa. Algo que se consigue gracias a los más de 3.400 nodos de los servidores de nueva generación de Lenovo que lo alimentan. Cada uno de ellos tiene procesadores escalables Intel Xeon, interconectados con más de 60 kilómetros de cableado de red Intel Omni-Path de 100 Gbps de alta velocidad. Es decir, que esta máquina será capaz de ejecutar 11.100 billones de operaciones por segundo (diez veces más que su predecesor). Dicho de otro modo, podrá hacer en una hora lo que un ordenador personal de ultimísima generación necesitaría más de 10 años.

MareNostrum 4 tiene además una memoria central de 390 terabytes. Su potencia máxima es de 11.15 Petaflops. Aunque su potencia es diez veces mayor que su predecesor, sólo aumenta el consumo de energía en un 30% (1,3 MWatt / año).

Para qué sirve toda esta potencia


Como decimos, estos supercomputadores son capaces de gestionar grandes cantidades de datos y a una velocidad muy alta, lo que facilita las labores de investigación en muchas áreas.

Es decir, que la supercomputación es un instrumento que multiplica la capacidad de la ciencia, de la ingeniería y de la sociedad para hacer progresos. Por eso, los computadores de altas prestaciones son, hoy en día, usados en todos los campos de la Ciencia y de la Ingeniería.

Pero centrándonos en este nuevo superordenador de Barcelona, cabe señalar que servirá sobre todo para investigar la prevención y cura de enfermedades de manera personalizada, como pueda ser el cáncer. Algo en lo que el estudio del genoma tiene mucho qué decir.

Lenovo con los superordenadores


Este conjunto de grandes ordenadores se clasifican también en la lista que se denomina Top 500. Según se puede consultar en este listado, 92 de ellos están fabricados y potenciados por la tecnología de Lenovo, lo que le convierte en el segundo mayor proveedor de este tipo de superordenadores.

Además, cabe señalar que Lenovo lleva solo tres años formando parte de esta lista de Top500.

Precisamente por el uso que se le da a este tipo de máquinas, que son utilizados por diversos centros de investigación, los superordenadores deben ser sistemas de computación fuertes y robustos y están en continua actualización. Lenovo quiere, en este sentido, ser la mayor empresa de supercomputación que ayude a resolver los desafíos más grandes a los que se enfrenta ahora mismo la comunidad científica, técnica y de innovación.

No estás solo: la red mundial que hay detrás


Todos estos superordenadores trabajan en una red mundial de la que se benefician los investigadores.

Además, existe lo que se conoce como Asociación para la Computación Avanzada en Europa (PRACE), proyecto que tiene como objetivo crear un servicio pan-europeo de supercomputación al servicio de la comunidad científica de la UE, por lo que proporciona a Europa sistemas para la ciencia a nivel mundial y refuerza la competitividad científica e industrial de Europa.

Evidentemente, MareNostrum forma parte de esta red, como también el Centro de Innovación Global HPC de la Universidad de Birmingham, que ha construido un centro de investigación llamado Birmingham Environment for Academic Research (BEAR). BEAR es una colección de recursos de TI de Lenovo proporcionada sin coste alguno para la comunidad universitaria y científicos externos calificados, lo que permite acelerar su investigación en una variedad de disciplinas como las ciencias de la vida incluyendo la secuenciación del genoma, la investigación médica y lingüística.

“La secuenciación del genoma puede generar una visión rápida de la escala y los patrones de propagación de epidemias importantes. Cuando el virus Zika golpeó las Américas, pudimos responder rápidamente mediante el despliegue de la secuenciación portátil en las áreas afectadas, generando datos de secuencia en días”, asegura el profesor Nick Loman, profesor de genómica microbiana y bioinformática en la Universidad de Birmingham.

Este mismo profesor explica que para hacer un análisis comparativo de la secuencia del genoma se necesita contar con importantes recursos de computación y almacenamiento. Gracias a los superordenadores, se puede acceder instantáneamente a cientos de CPUs, miles de gigabytes de RAM y decenas de terabytes de almacenamiento. “Esto significa que podemos mantener el ritmo de la rápida generación de datos, y rápidamente liberar nuevos hallazgos importantes para la comunidad científica y de salud pública con el fin de ayudar a los esfuerzos de respuesta a las epidemias”, añade.

Entendiendo más el genoma


Así, las empresas de bioinformática diseñan herramientas y estrategias para tomar los datos de secuenciación del ADN (bien del Proyecto del Genoma Humano o bien de muestras individuales), y utilizan análisis por ordenador para convertirlos en información que puede ser utilizada en la investigación.

Pero las empresas de bioinformática necesitan potencia de cálculo para dar sentido a todos esos datos y que se pueda utilizar esta información para desarrollar nuevos medicamentos o herramientas de diagnóstico.

Es ahí donde entran en juego estos superordenadores. De hecho, aunque sus recursos pueden utilizarse para todas las materias, es en el campo de la salud donde hay muchas expectativas.

Mateo Valero, que dirige el Centro de Supercomputación de Barcelona, nos reconocía recientemente que trabajan y colaboran con varios centros hospitalarios y centros de investigación en biomedicina. “Hemos desarrollando tecnologías para estudiar las variaciones genómicas o la creación de fármacos; tenemos experiencia en el uso de hardware de última generación para analizar variaciones genómicas que pueden ayudar a mejorar los tratamientos de los pacientes”, exponía como ejemplos.

Y apelaba a tejer alianzas para dar un salto hacia la medicina de precisión. “Ha llegado el momento de convertir estos conocimientos en herramientas de diagnóstico y tratamiento clínicos y creemos que, como centro habituado a investigar codo a codo con los hospitales y centros de investigación biomédica, podemos tener un papel fundamental a la hora de aunar esfuerzos en esta dirección”, sentencia.

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