Mateo Valero dirige, desde que abrió sus puertas hace más de 10 años, el primer y más importante centro de supercomputación en España. Conocido como MareNostrum, este superordenador ha ido actualizándose con el paso del tiempo y es un puente de unión entre ciencia y tecnología. Utilizado por la comunidad internacional, Mateo Valero nos explica para qué sirve un superordenador de estas características y lo que podemos esperar de ellos en el futuro más inmediato.
La apertura del Barcelona Supercomputing Center supuso todo un acontecimiento. ¿Cómo ha evolucionado en estos más de 10 años de existencia?
El BSC fue inaugurado en el 2005 después de que en el año 2004 se instalara el primer supercomputador MareNostrum, que alcanzó el cuarto lugar en el ranking Top-500 de los 500 supercomputadores más rápidos del mundo.
Pero no nacimos de la nada. Desde finales de los años 70, un grupo de investigadores de la UPC empezamos a realizar investigaciones en el campo de la arquitectura y programación de los computadores paralelos. En el año 1984, convencimos a las administraciones del Gobierno central y del Gobierno catalán a que colaboraran con la UPC (Universidad Politécnica de Catalunya) para comprar una primera máquina con 64 procesadores. A partir de ahí se creó en 1991 el CEPBA, Centro Europeo de Paralelismo en Barcelona, que fue el precursor del BSC.
Creo que nuestra trayectoria ha sido muy notable, tanto a nivel de crecimiento del centro como de la excelencia que hemos alcanzado. En once años nos hemos convertido en un centro de referencia internacional en supercomputación por nuestra capacidad de realizar ciencia de primer nivel y de desarrollar tecnologías basadas en la supercomputación, y como instalación al servicio de la ciencia.
Hemos pasado de ser un centro pensado para reunir unas cincuenta personas a tener una plantilla de casi quinientas. Este crecimiento se basa fundamentalmente en nuestra capacidad para obtener recursos competitivos.
Es el momento de tejer alianzas para dar un salto hacia la medicina de precisión
Creo que nuestro se éxito se basa en la singularidad de ser un centro que, por una parte, investiga sobre supercomputación (cómo construir superordenadores más potentes y más eficientes, cómo programarlos para obtener el máximo rendimiento posible, etc.) y a la vez hace ciencia e ingeniería utilizando la supercomputación. Somos creadores y usuarios de los superordenadores y esto nos ofrece una visión del sector muy completa y nos permite ser muy competitivos.
¿Qué le llevó a aceptar la dirección de este centro?
Fue una evolución natural de mi carrera. Yo me gradué como Ingeniero de Telecomunicación por la UPM en 1974 y me vine a Barcelona a hacer mi doctorado. En aquél momento se estaba creando la Facultad de Informática de la UPC y pronto me convertí en profesor de esta facultad y el primer Catedrático de Arquitectura de Computadores.
A finales de los 70, con mis alumnos, comenzamos a trabajar en el diseño de computadores paralelos. En septiembre de 1991 creamos el CEPBA, que nos dio el primer impulso para tener más recursos con los que investigar y en el que participaban el Gobierno de España, la Generalitat de Catalunya y la UPC. En 2000, creamos el CIRI, (CEPBA-IBM Research Institute), en el que participaba también IBM, y finalmente en el 2005 creamos el BSC con los mismos patrones.
Es decir, la Generalitat de Catalunya, el Gobierno de España y la UPC, colaboran desde el año 1984 en el tema de la supercomputación. Para mí, es una gran noticia que me llena de satisfacción y quiero aprovechar una vez más para expresar mi agradecimiento a nuestros patrones.
¿Cuáles han sido las principales contribuciones que ha hecho este centro?
Son muy diversas. Como gran instalación española al servicio de la ciencia, me enorgullece decir que nuestros superordenadores han sido utilizados en más de 3.000 proyectos científicos de primer nivel. Coordinamos la Red Española de Supercomputación (RES) y somos miembro de primer nivel de PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe), dos infraestructuras en red que tienen como objetivo potenciar y facilitar el uso de la supercomputación entre la comunidad científica. Con este mismo objetivo, desarrollamos una intensa labor de apoyo y formación a investigadores. Nuestras infraestructuras están permanentemente utilizadas por nuestros usuarios.
Como centro de investigación, estamos desarrollando ciencia de excelencia en diferentes áreas científicas y en colaboración tanto con otros centros de investigación como con el sector privado. En un tiempo relativamente corto de vida, hemos logrado ser reconocidos como Centro de Excelencia Severo Ochoa y hemos creado a nuestro alrededor un ecosistema de colaboraciones (con otros centros de investigación, hospitales tanto a nivel local como internacional, administraciones públicas…) que por una parte enriquece nuestro trabajo y por otra nos ha convertido en socio deseable y necesario para muchas investigaciones.
Personalmente, también me siento muy satisfecho de poder colaborar, cada vez más estrechamente, con empresas. Creo que los centros de investigación como el nuestro tienen la obligación de intentar cooperar con el sector privado para conseguir una economía más competitiva. En este campo son significativas, por ejemplo, nuestras colaboraciones con empresas del sector energético (Repsol, Iberdrola), con industrias, con empresas TIC y más recientemente con el sector bancario.
¿Por qué la supercomputación es tan importante?
La supercomputación es un acelerador de la ciencia y la ingeniería.
Clásicamente, la ciencia se ha basado en la teoría (física, matemáticas, etc.) y la experimentación. Pero ya hace años que a estos dos pilares se les ha sumado la supercomputación. Los supercomputadores 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 encontrar.
Por ejemplo, una simulación en un superordenador permite ver qué está pasando entre un fármaco y la proteína que este fármaco quiere tratar, o discernir qué procesos químicos están sucediendo en cada momento en diferentes partes de una turbina de combustión. Las simulaciones, los grandes cálculos y los análisis de grandes cantidades de datos a través de técnicas provenientes de la Inteligencia Artificial, nos permiten entender cosas que pasan en la vida real y que somos incapaces de discernir por otros medios. Por esto hoy en día la supercomputación es un instrumento que multiplica la capacidad de la ciencia, de la ingeniería y de la sociedad para hacer progresos. Los computadores de altas prestaciones son, hoy en día, usados en todos los campos de la Ciencia y de la Ingeniería.
Le contaré solo algunos ejemplos: en astrofísica, uno de los principales descubrimientos de los últimos años, las ondas gravitacionales, se ha llevado a cabo contando, entre otras muchas cosas, con más de 16 millones de horas de procesador de nuestro supercomputador MareNostrum. En Ciencias de la Vida, colaboramos en el proyecto PanCancer, que es una gran colaboración internacional para identificar patrones comunes de mutaciones en el genoma de más de 2.800 casos de cáncer, para comprender mejor esta enfermedad.
En Ciencias de la Tierra, nuestros modelos para predecir la calidad del aire, se están mostrando un instrumento de primer orden para planificar la lucha contra la contaminación en las ciudades. Nuestros códigos desarrollados en el área de Ingeniería están ayudando a las empresas energéticas a sacar más partido de todo tipo de fuentes de energía…
Los supercomputadores 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
¿Lo es solo para la industria o también para España como país?
La supercomputación es importante para la industria —es conocida y hago mía la frase “quien no computa no compite”—, pero también lo es para el país, tanto por la capacidad que le ofrece de mejorar su competitividad económica, algo básico para cualquier sociedad que aspire a crear bienestar para sus ciudadanos, como por su capacidad de crear conocimiento.
En este sentido, no puedo estar más de acuerdo con las palabras con que el anterior Secretario de Estado de Energía de los EE.UU. utilizó para argumentar el anuncio de más fondos para su programa de supercomputación: “Los países con las capacidades de computación más fuertes, serán los que realizarán los futuros descubrimientos científicos” y la capacidad de generar conocimiento es muy importante para cualquier país.
Muchos de los 3.000 proyectos que he mencionado anteriormente han sido realizados por investigadores españoles de diversas disciplinas. Y sin estos recursos computacionales, hubieran sido imposible. El uso de la supercomputación ha permitido a muchos grupos realizar simulaciones en la frontera de la Ciencia.
MareNostrum llegó a ser el superordenador más potente y ha sido sometido a varias actualizaciones. ¿Cómo está ahora mismo?
En estos momentos estamos en plena sustitución de MareNostrum 3 por MareNostrum 4, que multiplicará por más de doce la capacidad de cálculo. A finales de este semestre vamos a tener un superordenador con una potencia de 13,7 Petaflops/s, más de 400 Terabytes de memoria central y 15 Petabytes de disco duro.
A parte de su potencia, quiero destacar que la arquitectura del MareNostrum 4 será muy interesante, pues incorporará prototipos de las tecnologías que se están desarrollando en estos momentos en Estados Unidos y en Japón para preparar la llegada de los computadores Exascale, las que serán capaces de realizar un trillón de operaciones por segundo. La incorporación de estas tecnologías emergentes nos permitirá operar con ellas y además analizar las prestaciones de los desarrollos más punteros en el campo de la supercomputación. Nos ayudarán a mejorar esas arquitecturas y a decidir el Marenostrum 5 que esperemos sea una realidad en 4 años.
MareNostrum fue también el primero de los superordenadores de nuestro país. ¿Vamos tarde? ¿Somos conscientes de la importancia de estos centros?
En computación en general, muchos países, los más avanzados, vieron enseguida que debían tomar buenas posiciones en este campo cuanto antes mejor, porque iba a cambiarlo todo. Estados Unidos supo crear en el momento adecuado un ecosistema en el cual las administraciones, las empresas y los investigadores, trabajan en la misma línea. Ahora tiene las principales patentes y las ideas que están en prácticamente todos los productos que hay, en internet. Lo mismo pasa en Japón, China y la India. Empezaron después, pero están consiguiendo los mismos buenos resultados.
Nosotros llegamos un poquito tarde, es verdad, pero hemos llegado a tiempo y creo que en estos momentos estamos en primera división o por lo menos estamos al nivel que le corresponde a un país como el nuestro. En España existe el BSC, como Centro Nacional de Supercomputación, y durante los últimos años se ha creado la Red Española de Supercomputación, que agrupa catorce supercomputadores de universidades y centros de investigación, que tienen una escala menor, pero que también están ofreciendo un servicio importante a la comunidad científica y con los que actuamos de manera coordinada. Igualmente, pertenecemos a la élite de la supercomputación a nivel europeo y esto es bien patente viendo nuestra participación en PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe). Creo que el trabajo en red es importante, porque estamos trabajando con tecnologías caras y lo más adecuado es compartirlas y sacarles el máximo rendimiento posible.
Pese a la apertura de estos centros, el suyo sigue siendo el de referencia. ¿Por qué? ¿Cómo se consigue estar en la élite pese a la llegada de nuevos superordenadores más modernos?
El hardware puede ser relativamente fácil de adquirir, lo que es más complejo es saber cómo y para qué utilizarlo y cómo mejorarlo para que se adapte a las nuevas necesidades de uso. Yo creo que este es el motivo por el que somos centro de referencia. Por nuestra capacidad de influir en cómo serán los supercomputadores del futuro, porqué somos capaces de utilizarlos para hacer investigación del primer nivel y porqué tenemos la flexibilidad necesaria para adaptarnos a los constantes cambios del mundo IT.
Por hacernos una idea, ¿de qué es capaz (tanto el ordenador como el centro) de hacer en un día/minuto?
MareNostrum 3 era capaz de hacer 1.100 billones de operaciones por segundo y MareNostrum 4 será capaz de hacer 13.700 billones de operaciones por segundo. Para hacernos una idea, podríamos decir que el MareNostrum 4 sería capaz de hacer en una hora lo que un ordenador personal de ultimísima generación necesitaría más de 10 años. Por otro lado, les diré que el Marenostrum 4 podrá realizar en un día los cálculos para los que el Marenostrun 1 en el año 2014, hubiera necesitado un año. Y les recuerdo que el Marenostrum 1 fue el 4 más rápido del mundo cuando lo instalamos.
Los centros de investigación tienen la obligación de intentar cooperar con el sector privado para conseguir una economía más competitiva
¿Hace falta más apoyo de los gobiernos? ¿Cómo es la relación con los políticos?
Estamos muy satisfechos con la implicación que han tenido hasta el momento los gobiernos a la hora de actualizar las infraestructuras que tenemos en el BSC. Incluso durante los años de la crisis económica hemos tenido una inversión bastante estable. En tiempos de crisis, hemos adquirido los dos últimos supercomputadores.
Como centro que necesita invertir constantemente en actualización de infraestructuras nos gustaría poder hacer planes a más largo plazo. Disponer de un calendario de inversiones que nos permita planificar y sacar el máximo provecho de los recursos de los que disponemos, tal como hacen los centros mejores a nivel mundial, que en definitiva, son con los que colaboramos y competimos a la vez.
¿Cómo se asignan el uso de los recursos a cada proyecto?
Como instrumento al servicio de la ciencia, la mayor parte de las horas de cálculo del MareNostrum están a disposición de los mejores proyectos científicos españoles y europeos.
Para tener acceso a la máquina, los investigadores deben presentar sus proyectos a comités científicos que los evalúan y les dan un número de horas y una prioridad. Este proceso se realiza a escala nacional a través de un comité de 40 científicos independientes que asignan los recursos de los computadores pertenecientes a la Red Española de Supercomputación (que gestiona un 80% de las horas de cálculo disponibles), y a escala europea a través de comités internacionales para acceder a los 7 supercomputadores de PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe), que gestiona un 16% de las horas de cálculo disponibles. El resto de horas de cálculo disponibles, es decir un 4%, están a disposición del BSC.
¿Dónde cree que se van a producir los mayores avances gracias a la supercomputación?
En estos momentos, como centro, uno de los terrenos en el que tenemos muchas expectativas es el de la salud. Creemos que podemos tener un papel clave en la incorporación de la medicina de precisión a la sanidad pública, es decir, a que los avances en biomedicina se traduzcan en mejoras para los pacientes.
Son muchos los campos científicos que ya utilizan la supercomputación para acelerar sus avances, pero el mérito es siempre de los investigadores
Tenemos un amplio historial de colaboraciones con 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. Durante los últimos años colectivamente hemos avanzado mucho en este campo.
Creemos que es el momento de tejer alianzas para dar un salto hacia la medicina de precisión, como ya se está haciendo en otros países. Dicho de otra manera, 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.
Otro de nuestros principales focos de atención la Inteligencia Artificial, tanto desde el punto de vista de la supercomputación como herramienta básica para la Inteligencia Artificial, como para la investigación en AI y su aplicación a casos concretos. Este es un campo interesantísimo y muy relacionado con la supercomputación. La inteligencia artificial es una disciplina que data de los años cincuenta, pero es ahora, con la existencia de ordenadores y servidores más potentes cuando se empieza a ver todo su potencial.
Los sistemas de computación ya son capaces de incluir herramientas de analítica avanzada (basadas en técnicas del llamado Aprendizaje Automático) y de Deep Learning. La idea consiste en que, en lugar de indicar con instrucciones a un computador qué hacer, paso a paso, se le ofrecen ejemplos ya resueltos, se definen objetivos y se les pide que averigüen por sí sola la solución. Los computadores están adquiriendo funciones análogas a las del cerebro como la inferencia, la predicción o la abstracción. Creemos que el BSC-CNS puede aportar mucho valor y tiene una posición privilegiada para liderar esta investigación.
El hardware puede ser relativamente fácil de adquirir, lo que es más complejo es saber cómo y para qué utilizarlo y cómo mejorarlo para que se adapte a las nuevas necesidades de uso
También creemos que somos el actor idóneo para hacer que estos avances lleguen a la sociedad. Proyectos como el de la Medicina Personalizada, sólo serán posibles mediante el uso la Computación Cognitiva y la Inteligencia Artificial. Y a ello vamos a dedicar gran cantidad de nuestros recursos en los próximos años.
Con el rápido avance de la tecnología, ¿qué es lo que resulta más difícil o complicado para mantenerse actualizado?
Solo se justifica la existencia de un centro de supercomputación, si pueden contar, en cada momento, con máquinas competitivas a nivel internacional. La velocidad de estas máquinas evoluciona muy rápidamente. Durante los últimos 30 años, se ha multiplicado por 1000 cada 10 años. Luego es complicado obtener los recursos para actualizar las máquinas. En nuestro caso, lo hemos realizado de forma bastante correcta de manera que en el año 2004 instalamos el Marenostrim 1 y ahora estamos instalando el Marenostrum 4.
Por otro lado, las máquinas son cada día más complejas en cuanto al número y tipo de procesadores, la jerarquía de memoria, las redes de interconexión. Tengamos en cuenta que el supercomputador más rápido del mundo, desarrollado en China, tiene 10 millones de procesadores. Por lo tanto, se necesita formar a los investigadores para cambiar sus programas y hacer que utilicen de la mejor forma el hardware de las máquinas
La colaboración con las empresas privadas es fundamental para la creación y mantenimiento de estos centros. ¿Cómo es esta relación?
Tenemos varias formas de colaboración con las empresas. Las colaboraciones más estables se realizan en forma de centros conjuntos de investigación en los que se trabaja en áreas de interés mutuo previamente identificadas. Tenemos centros conjuntos con varias TIC (IBM, Intel, Microsoft, NVIDIA, Lenovo y Fujitsu) y también con Repsol, con los que por ejemplo hemos desarrollado proyectos relacionados con la creación de tecnologías para la localización de hidrocarburos en entornos geológicos complejos, unas tecnologías de las que estoy muy orgulloso porqué han supuesto un importante avance de competitividad para la empresa.
Con otras compañías trabajamos en proyectos puntuales. Este es el caso, por ejemplo, de Iberdrola, con los trabajamos en la optimización de parques eólicos, o de Caixabank, con los que trabajamos en aplicaciones de Deep Learning i Cognitive Computing para el sector financiero.
Después de once años de historia, creo que podemos decir que el Barcelona Supercomputing Center está en un momento de gran capacidad para desarrollar tecnologías para las empresas.
Una de las cuestiones más espinosas de la investigación en España es el tema de las patentes. ¿Vinculan las empresas privadas su participación a lograr patentes?
No necesariamente. Las empresas vinculan la participación con el BSC al desarrollo de proyectos de investigación en el ámbito de la supercomputación aplicada para resolver necesidades de desarrollo de nuevos productos, optimización de procesos o simulación de problemas complejos entre otros.
Evidentemente, en el caso de que el proyecto de investigación sea financiado por la empresa, y que los resultados de investigación sean patentables, la empresa puede pedir ser la titular de las patentes. Pero también tenemos acuerdos de colaboración con empresas en que las que las patentes son nuestras o compartidas y también hacemos mucha investigación de acceso abierto.
Desde el sector científico muchos apuestan a que el siguiente gran invento va a llegar de la mano de los superordenadores, gracias a que estos facilitan el trabajo de los científicos, reducen los procesos, los timings de sus experimentos, logran trabajar con millones de datos en velocidades imposibles para un humano… ¿Cómo ve usted esta teoría? ¿Hay algún paso dado que ya haya desembocado en éxito?
Yo creo que esto ya es así en la actualidad. Son muchos los campos científicos que ya utilizan la supercomputación para acelerar sus avances. Desde la medicina, que comentábamos antes, a la astrofísica. Ya hay también varios premios Nobel de Física y de Química que han recibido el galardón gracias a sus trabajos en computación. Pero no nos engañemos, los supercomputadores son un instrumento, ayudan, pero el mérito siempre será del investigador que hay detrás, que sabe plantear las preguntas y las hipótesis adecuadas y elegir los mejores instrumentos a su alcance para verificarlas.
