El superordinador Marenostrum

Treball de Recerca El Superordinador Marenostrum

- 1 -

El superordinador

Marenostrum

Alumne: Marc Gabarró Olsina

Tutor del treball: Aleix Gabarró Sust

Institut Montserrat

1r-2n de Batxillerat

Curs 2014-2015


- 2 -

Índex

1 Agraïments ........................................................................................................................ 3

2 Introducció i Objectius ........................................................................................................ 4

3 Aspectes Tecnològics .......................................................................................................... 5

3.1 Tipus d'Ordinadors ................................................................................................................................... 5

3.1.1 Ordinadors Personals ............................................................................................................................ 5

3.1.1.1 Smartphones i Tablets .................................................................................................................. 5

3.1.1.2 Ordinadors portàtils i Notebooks .................................................................................................. 6

3.1.1.3 Ordinadors sobretaula (de components) ......................................................................................... 6

3.1.2 Servidors Departamentals o especialitzats .............................................................................................. 7

3.1.3 Mainframes ......................................................................................................................................... 9

3.1.4 Superordinador .................................................................................................................................. 10

3.1.5 Ordinadors Quàntics ........................................................................................................................... 11

3.2 El Superordinador Marenostrum .............................................................................................................. 13

3.3 Com es fa servir el Marenostrum? ............................................................................................................ 17

4 Aspectes Socials ............................................................................................................... 19

4.1 Àrees d'Investigació i Recerca ................................................................................................................. 19

4.1.1 Ciències de la Terra - Earth Sciences.................................................................................................... 19

4.1.2 Ciències de la Vida - Life Sciences ....................................................................................................... 20

4.1.3 Aplicacions Computacionals per la Ciència i l'Enginyeria - Computer Applications in Sciences and Engineering

21

4.1.4 Ciències Computacionals - Computer Sciences ...................................................................................... 22

4.2 Col·laboració amb Empreses ................................................................................................................... 24

4.3 Alguns Projectes Significatius .................................................................................................................. 26

4.3.1 Alya Red, un dels projectes estrella del BSC-CNS .................................................................................. 26

4.3.2 Projecte Pandora-ABM ........................................................................................................................ 28

4.4 Beneficis associats al fet de tenir el superordinador Marenostrum a Barcelona. ............................................ 29

5 El Superordinador Marenostrum a Barcelona ...................................................................... 31

5.1 Història del Superordinador Marenostrum per a Barcelona ......................................................................... 31

5.2 Aspectes econòmics associats al Marenostrum/BSC ................................................................................... 33

5.3 Visita al Marenostrum ............................................................................................................................ 37

6 El futur dels superordinadors ............................................................................................. 41

7 Glossari ........................................................................................................................... 42

8 Bibliografia i Webgrafia ..................................................................................................... 45

8.1 Bibliografia ............................................................................................................................................ 45

8.2 Webgrafia ............................................................................................................................................. 45


- 3 -

1 Agraïments

Abans de tot, m'agradaria agrair el suport que m'ha proporcionat la meva família

durant el transcurs del Treball de Recerca, concretament els meus pares que m'han orientat i

ajudat en aquest projecte. Principalment al meu pare, Alex Gabarró, que m'ha ajudat a definir

el procés del disseny. També voldria agrair el suport del meu tutor, Aleix Gabarró, per haver

portat el seguiment i la correcció del meu treball. Moltes gràcies, també, a Oriol Riu pel temps

que em va dedicar durant la visita al Barcelona Supercomputing Center, instal·lació del

Marenostrum. També agrair a Pere Albert per haver-me respòs a la pregunta que li vaig

formular. Finalment, haig d'agrair a tots els meus amics que m'han orientat i donat suport

durant tots aquests mesos.


- 4 -

2 Introducció i Objectius

L’any 2004 es va instal·lar a Barcelona un dels superordinadors més potents del

món, es va col·locar en el quart lloc de la llista del TOP 500, una llista que indica els 500

superordinadors més potents del món, i es va convertir en la màquina més potent de tota

la Comunitat Europea, aquesta màquina és el Marenostrum.

El objectiu d’aquest treball és explicar tant els aspectes tecnològics del que és un

superordinador, ja siguin característiques tècniques i la evolució del Marenostrum com

podrien ser els aspectes socials que impliquen el fet de tenir aquest superordinador al

Campus Nord de la UPC a Barcelona i com es fa servir en el BSC (Barcelona

Supercomputing Center).

Tanmateix això també implica el entendre que aporta a la societat, utilitats del

superordinador i conseqüències que aquesta decisió porta a Barcelona i a Catalunya.


- 5 -

3 Aspectes Tecnològics

3.1 Tipus d'Ordinadors

3.1.1 Ordinadors Personals

Considerem ordinadors personals aquells que són utilitzats per una sola persona. És

important remarcar aquí que aquest nom no es refereix només al PC (Personal Computer)

desenvolupat per IBM als anys 80 sinó tots els diferents tipus d’ordinador, ja siguin el

desenvolupament d’aquest com altres.

Dins dels ordinadors personals podem dividir actualment en els següents tipus:

3.1.1.1 Smartphones i Tablets

L'Smartphone com el seu propi nom indica és la evolució de la tecnologia de telèfons

mòbils, fins a convertir-los veritablement en un ordinador personal.

Generalment els Smartphones són dispositius mòbils que tenen una pantalla tàctil i

tenen la possibilitat de instal·lar aplicacions en el dispositiu mòbil des de Internet. Obtingut

a partir de una xarxa 3G, 4G o Wi-Fi, així diem que els Smartphones són dispositius multi

tasca. Els Smartphones tenen uns dispositius específics com pot ser càmera, localització

GPS, però també permet treballar amb documents PDF, fulls de càlcul editors de text,

programes per presentacions de manera similar que qualsevol altre ordinador personal.

Les Tablets són ordinadors personals portàtils de pantalla tàctil d'una mida més gran

que els Smartphones, aquestes dues tecnologies cada vegada són més similars, començant

per el sistema operatiu que les suporta. Els líders són en aquest moment Android (Google)

e iOS (Apple), encara que existeixen altres com per exemple:

Ubuntu Touch

Windows 8

Chrome OS

BlackBerry Tablet OS

Windows CE

Windows Phone


- 6 -

3.1.1.2 Ordinadors portàtils i Notebooks

Els ordinadors portàtils i les notebooks són un tipus

d’ordinador personal i transportable que normalment té un

pes de 1 kg a 3 kg. Els ordinadors portàtils i les notebooks

poden fer la majoria de les funcions designades a els

ordinadors de sobretaula, amb les avantatges de que els

portàtils i les notebooks són ordinadors més petits,

fàcilment transportables i amb capacitat de funcionament

sense estar connectats constantment a la xarxa elèctrica,

sempre que portin una bateria amb carrega suficient per a

fer funcionar els ordinadors.

3.1.1.3 Ordinadors sobretaula (de components)

L'ordinador sobretaula és l’ordinador designat per a tenir una ubicació fixa, ja sigui

una taula un lloc de treball, un despatx, etc. En els ordinadors de sobretaula podem trobar

dos tipus:

• Ordinadors de sobretaula d’us

personal a casa

• Ordinadors de sobretaula utilitzats en

les oficines i el treball en una empresa

Els ordinadors d’us personal a casa

tenen dues funcions, entretenir-nos i fer

treballs de casa com per exemple portar les

comptes, etc.


- 7 -

En canvi els ordinadors sobretaula d’us de les empreses i el treball tenen una

funcionalitat molt diferent, ja que són un component molt important a la hora de fer

funcionar correctament un negoci, des de crear informes i presentacions a funcions

productives i administratives.

3.1.2 Servidors Departamentals o especialitzats

Els servidors departamentals o servidors especialitzats són un sistema d'ordinadors

que utilitzen el sistema de servidor-usuari, on hi ha un servidor

departamental (ordinador) per on els ordinadors usuaris (les

diferents persones que es volen connectar a la xarxa) es

connecten mitjançant una connexió de xarxa sense fil o per cable

de xarxa.

El seu objectiu és el compartir aplicacions departamentals

així com compartició de l'accés a Internet, fitxers, espai en el disc

dur, i dispositius com per exemple impressores.

Normalment aquest servidors són de tecnologia de processadors Intel (equivalents a

la dels ordinadors personals, però amb més capacitats) suporten Linux, Unix o Windows, o

servidors basats en processadors RISC, normalment suportant Linux o Unix.

En els Sistemes actuals, aquest servidors han anat especialitzant-se en funcions

específiques depenent del software/programari que s'hi instal·li, i la funció a la que se

l'assigna.

De tal manera que podem trobar diferents tipus de servidors:

• Servidor d'Arxius: Permet compartir arxius entre els usuaris de la xarxa.

• Servidor de Impressions:Permet compartir, controlar les impressores i gestionar els

treballs d'impressió dels usuaris de la xarxa.

• Servidor de Correu: Dona serveis de Correu per envia y rebre e-mails.

• Servidor de Fax: Permet compartir i controlar els FAXs


- 8 -

• Servidor de la telefonia: realitza Funcions com és la de contestador automàtic,

gestionar temes de Veu sobre IP (parlar utilitzant els mecanismes de xarxa de dades, per

exemple Internet (Skype)), etc

• Servidor proxy: per accedir a Internet des d'un ordinador de la nostra xarxa.

• Servidor web: Permet publicar a Internet les aplicacions web pròpies per ser

accedides per altres persones.

• Servidor de la base de dades: Proporciona serveis de Dades y Gestió de les mateixes

per poder ser accessibles per els programes/aplicacions.

• Servidor de seguretat: Per aturar intrusions malicioses, antivirus, etc. Tenen

normalment, antispyware, antimalware, a més de comptar amb tallafocs, per evitar que ens

accedeixen a la nostra xarxa interna.

• Servidor de Back-UP: Permet fer salvaguardes de les nostres aplicacions y dades, per

poder ser recuperades en cas de que es perdessin, ja sigui per un problema de que

s'espatllessin les màquines, o per haver estat eliminades.

Actualment un servidor departamental o especialitzat, pot suportar una o varies de

les funcions depenent del software/programari que se l'instal·li , de la capacitat i

necessitats.


- 9 -

3.1.3 Mainframes

Els mainframes són ordinadors molt grans destinats normalment per grans

companyes per a gestionar grans volums de dades,i transaccions i usuaris connectats,

com podria ser el volum de dades, transaccions i usuaris en les entitats bancàries, que

requereixen una disponibilitat continua de 24 hores els 7 dies de la setmana.

La potència dels mainframes es defineix tant amb la velocitat del seu CPU (en MIPS)

com per la seva memòria interna y capacitat de gestió de Bases de Dades i

emmagatzematge.

Els mainframes donen lloc a connexions per part de molts usuaris per part de

terminals on hi poden haver milers de

persones connectades.

Els mainframes solen suportar mes

d'un Sistema Operatiu de manera que es

poden comportar com molts ordinadors

diferents. La seva fiabilitat i el fet de

manegar en un sol sistema distints sistemes

virtuals es el fet del seu èxit, ja que es

precisen menys tasques operatives i de

gestió, en molt grans organitzacions és un

benefici important.

La diferencia de mainframes a

superordinadors com per exemple ho podria

ser el Marenostrum és que els mainframes

es centren més en la part d'usuaris connectats, la fiabilitat de la xarxa i a la gestió de

grans volums de Bases de Dades, mentre que els superordinadors es centren més en la

part de càlcul. És per aquesta raó que els superordinadors poden comptar amb mils de

processadors mentre que els mainframes en tenen un de més reduït. Els mainframes

també pot fer càlculs al igual que els superordinadors però la diferencia és que en els

mainframes els càlculs poden ser molt grans però no gaire complicats ja que sinó la


- 10 -

màquina ocuparia molta de la capacitat del seu processador en fer el càlcul i deixaria de

donar servei a les altres accions.

Actualment, els mainframes d'IBM dominen el mercat mundial, encara que Hitachi,

Amdahl i Fujitsu continuen en aquest mercat. Els preus no solen ser menys de diversos

centenars de milers de dòlars i arriben fins a milions de dòlars.

En resum podríem dir que els superordinadors estan destinats a la ciència i al exercit

i els mainframes estan destinats a ser utilitzats grans empreses i són unes màquines molt

fiables que maneguen milions de clients i transaccions, per exemple organismes

governamentals, companyies energètiques, companyies de telecomunicacions, etc.

3.1.4 Superordinador

El superordinador és aquella màquina amb la capacitat de fer grans càlculs, dels

quals qualsevol altre ordinador no n’és capaç. Un superordinador és un conjunt de parts de

diferents ordinadors treballant en conjunt (clústers) de tal manera que augmentin

substancialment la seva potència de treball i càlcul, permetent al superordinador treballar

amb càlculs molt complicats.

Els primers superordinadors van ser introduïts el 1970 dissenyats per la companya

CDC (Control Data Corporation), les primeres màquines que van crear ells van ser uns

processadors escalars molt rapits.

Més tard a la dècada dels 80 es van veure unes màquines amb uns processadors

vectorials treballant en paral·lel. Als anys 90 ja es van començar a veure els CPU

connectats massivament en paral·lel i avui en dia els superordinadors utilitzen clústers

utilitzant uns processadors afinats i combinats amb connexions especials per poder

multiplicar les opcions de càlcul.

Aquestes màquines tant potents són destinades a temes com podrien ser la ciència o

l'exèrcit.

L'ordinador Marenostrum ha realitzat 3000 projectes d'investigació dedicats a la

ciència i la experimentació.

Actualment els superordinadors utilitzen tecnologia estàndard, ("technologic

commodity") el que vol dir que els components: processadors, chips, plaques,


- 11 -

emmagatzement, son de la mateixa tecnologia que podem trobar en els nostres ordinadors

personals o servidors especialitzats. Aquesta estratègia de fer servir tecnologia estàndard té

dos avantatges principals:

• Reduir el cost substancialment.

• Permet desenvolupar aplicacions en llenguatges de programació estàndard,

principalment "C" i "Fortran".

3.1.5 Ordinadors Quàntics

Els ordinadors quàntics són aquells tipus de ordinadors que s'escapen de las regles

clàssiques que fem servir tradicionalment en l'electrònica clàssica.

Els ordinadors quàntics són un model d'ordinadors que fan servir el us de qubits en

lloc dels bits que donen pas un món nou de possibilitats de algoritmes i de portes lògiques.

Els ordinadors quàntics són creats donada la raó que encara que nosaltres podem

fer cada cop els components electrònics més petits i que tot i així vagin igual de rapit o

més, quan aconseguim arribar a la escala dels nanòmetres veiem que no podem fer-los


- 12 -

més petits ja que els electrons s'escapen dels canals per on circulen, és el anomenat

"efecte túnel". Per això la idea de la computació quàntica ens dona molt més món que

transcórrer ja que en la computació clàssica solament podem tenir els números 0 i 1 però

en la computació quàntica podem tenir el 0, el 1 i el 0 i 1 a la vegada per el que tenim molt

més espai de càlcul.

Per a fer-nos la idea del nivell tecnològic aconseguit podem saber que un ordinador

quàntic de 30 qubits podria equivaldre a un processador de 10 Teraflops de potencia (1

Teraflop = 1012 operacions en coma flotant per segon).

El més potent del món en aquests moments és el patentat per la marca de

ordinadors quàntics D-Wave, el model és el D-Wave 2 i té una CPU de 512 qubits, uns 1,5

petaflops (1 petaflop = 1015 operacions en coma flotant per segon).


- 13 -

3.2 El Superordinador Marenostrum

El Marenostrum es el superordinador principal de les instal·lacions del Barcelona

Supercomputing Center (BSC). En aquest superordinador es realitzen diferents

investigacions dedicades a diferents àrees de la ciència. Concretament els projectes

d'investigació és divideixen en 4 departaments:

Computer Sciences Department:

Investigació en la forma en què les futures màquines de computació es

construeixen, programen i s'utilitzen.

Life Sciences Department:

Investigació sobre els diferents aspectes de la biologia computacional, que van des

de la l'estudi del Genoma a temes de Biologia Molecular.

Earth Sciences Department:

Investigació en el modelatge del sistema Terra, centrant inicialment la física i la

química atmosfèrica. Investiguen sobre la modelització de la qualitat de l'aire, la

modelització de pols mineral, modelat atmosfèric i modelització del clima global i regional.

Computer Applications in Sciences and Engineering Department:

Pretén desenvolupar noves estratègies computacionals per simular problemes

complexos capaços de funcionar de manera eficient en els superordinadors moderns. Això

implica el desenvolupament de codis que permetin aprofitar les característiques d'un

superordinador. Per exemple, El "Sistema Alya", ha permès la realització del projecte "Alya

Red" de simulació cardíaca que s'explica en un altre capítol d'aquest treball.

Aquest superordinador ha passat per tres grans actualitzacions:


- 14 -

Marenostrum

El superordinador Marenostrum va ser instal·lat l'any 2004 en una capella situada al

campus nord de la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC). El Marenostrum va ser el

primer superordinador construït a Espanya i el més potent de tota Europa situant-se en el

quart lloc de la llista del TOP 500. Quan el Marenostrum va ser instal·lat tenia 163 armaris

IBM, cada un amb 14 plaques, sumant un total de 2282 plaques IBM POWER. Cada placa

tenia 4 Gigabytes de memòria RAM per el que el Marenostrum contava aproximadament

amb 9 Terabytes de memòria RAM.

El sistema d'arxius del superordinador sumava una capacitat aproximada de 128

Terabytes de emmagatzematge en disc. La xarxa de connexió entre les diferents plaques

utilitzava la tecnologia Myrinet. Myrinet constitueixen en dos cables de fibra òptica

connectades a un únic connector per aconseguir connectar tots els armaris.

Marenostrum I

La primera gran actualització del Marenostrum va ser l'any 2006, quan les plaques

de IBM per unes altres que tenien el doble de processadors. El superordinador

Marenostrum va duplicar la seva capacitat de càlcul que ja havia estat avançada per altres

superordinadors europeus torna a ser la

número 1 d'Europa i la número 6 en el TOP

500. El superordinador continuarà fent servir

la xarxa Myrinet.

És un dels armaris que formava el

Marenostrum en l'actualització del 2006.

Es conserva a les instal·lacions del BSC.


- 15 -

Marenostrum II

La segona gran actualització del Marenostrum va ser l'any 2011, una actualització

que va ser afectada per la crisi espanyola.

L'any 2011 el Marenostrum comptava amb 44 armaris dels quals 31 estaven

plenament dedicats a la capacitat de càlcul. Tenia 2560 plaques IBM JS21 amb

processadors de doble nucli IBM PowerPC 970MP de 64 bits. Cada placa disposava de dos

processadors, així que cada placa comptava amb 4 nuclis, 8 Gigabytes de memòria RAM i

36 Gigabytes de memòria interna. Sumant tots els armaris en aquest moment el

Marenostrum comptava amb una capacitat de càlcul de 63,83 Teraflops. En quant a la

memòria del Marenostrum comptava amb aproximadament 20 Terabytes de memòria RAM

i 390 Terabytes d'emmagatzematge en disc. Els diferents armaris es continuaran

comunicant entre si amb una xarxa Myrinet.

Marenostrum III

A l'agost de 2012 i durant el 2013 el Marenostrum va tenir la última actualització que

ha tingut fins la data d'avui. Les plaques IBM POWER i la xarxa que comunicava als armaris

(Myrinet) van ser canviades per plaques IBM iDataPlex dx360 M4 amb processadors Intel

Xeon E5 2670. El Marenostrum comptava amb un total de 6112 processadors amb 100,8

Terabytes de memòria RAM i 2 Petabytes de d'emmagatzematge en disc, cada un dels

diferents processadors compta amb 8 nuclis això suma un total de 48896 nuclis. La nova

xarxa instal·lada que serà el recanvi de la xarxa Myrinet és la xarxa Infiniband. La

diferencia entre elles dos es que Infiniband no és una tecnologia patentada, això suposa

una reducció de costos i una via de tenir una actualització menys costosa.

Entre el Maig i Juliol de 2014 es van posar a disposició dels usuaris externs al centre

un total de 42 plaques del Marenostrum amb una memòria augmentada de cada placa a 64

Gigabytes i 84 processadors, un total de 2,6 Terabytes de memòria RAM. La potència es de

1,017 Petaflops y ocupa el lloc 41 en la llista del TOP 500 (juny 2014).

Els recursos dels que disposa actualment el Marenostrum són accessibles per molts

científics espanyols i internacionals (sempre de la unió Europea). La relació entre ells i el

Marenostrum és:


- 16 -

71% utilitzada per la Comunitat Europea de la PRACE, una comunitat Europea

d'investigació de la qual forma part del BSC i el Superordinador Marenostrum.

23% de la seva potència se l'assigna als usuaris espanyols acceptats per el Comitè d'Accés

del BSC, format per científics espanyols de prestigi externs al BSC.

6% del càlcul esta reservat per als 300 científics que treballen investigant al BSC i per a

projectes comercials de les empreses espanyoles per poder mantenir la competitivitat

internacional.

Actual estància del Marenostrum


- 17 -

3.3 Com es fa servir el Marenostrum?

El superordinador Marenostrum esta destinat a donar servei a Investigadors i grups

d'investigadors que precisen la potència de càlcul d'un superordinador per poder realitzar

els seus projectes.

Per poder treballar amb el Marenostrum s'ha de realitzar a través del "Comité de

Acceso del Barcelona Supercomputing Center - Centro Nacional de Supercomputación". El

Comitè proposarà al director, d'acord amb la qualitat científica i tècnica de les propostes

rebudes una llista raonada i prioritzada de les sol·licituds. Correspon al director la decisió

sobre els accessos autoritzats.

Donat de que el Marenostrum es un recurs únic, els projectes d'investigació han de

passar una qualificació. Aquests són els criteris per a l'avaluació de les activitats:

1. Regles generals

a. La rellevància del projecte científic en què s'emmarca l'activitat proposada (20%)

b. La justificació de l'activitat proposada i dels càlculs a realitzar en la RES (Red

Española de Supercomputación) per a la consecució del projecte científic global

(30%)

c. La qualitat científica del grup sol·licitant (10%)

d. L'experiència i capacitació en el càlcul d'alt rendiment (10%)

e. La necessitat real de supercomputació per realitzar el càlcul (20%)

f. L'adequació tècnica del projecte a l'arquitectura dels recursos de la RES (10%)

2. Avaluació dels resultats presentats per les activitats de continuació

a. Publicacions presentades com a resultat de l'accés d'activitats anteriors

b. Resultats tècnics obtinguts en els períodes anteriors

3. Utilització adequada i completa dels recursos assignats en els períodes anteriors

4. Participació de grups espanyols en les activitats sol·licitades


- 18 -

5. Activitat específica dins d'un projecte d'investigació. L'accés als recursos de la RES

correspon a activitats específiques dins d'un projecte d'investigació, i no corresponen a

agrupacions de diferents activitats d'investigadors de comunitats virtuals.

6. Seguir adequadament les obligacions adquirides en la utilització de Marenostrum i els

altres recursos de la RES.

a. Enviament a la RES de còpia electrònica de les publicacions científiques en les

quals l'ús dels recursos de la RES ha resultat determinant.

b. Esmentar explícitament en les publicacions científiques l'ajuda del RES en el seu

projecte.

c. Compliment de les normes d'utilització dels recursos de la RES i de les polítiques

de seguretat i confidencialitat determinats per la RES.

d. No fer negoci amb els resultats obtinguts en els recursos de la RES sota el format

"Investigació Pública".

e. Proporcionar anualment informació i documentació, com vídeos, presentacions, i

qualsevol altre material, per ser utilitzat com material divulgatiu de la RES.


- 19 -

4 Aspectes Socials

4.1 Àrees d'Investigació i Recerca

Les dades d'aquests diferents grups de recerca i investigació són totes del 2012, són les

dades més properes presentades per el BSC.

4.1.1 Ciències de la Terra - Earth Sciences

El departament de "ciències de la Terra" té el principal objectiu de comprendre la

Terra, centrant les seves activitats de recerca en els canvis atmosfèrics i la investigació del

canvi climàtic.

Les capacitats d'alt rendiment que pot oferir el Marenostrum i la seva gran capacitat

de càlcul permeten que el departament de "ciències de la Terra" augmentar la resolució

espacial i temporal del planeta Terra, amb la finalitat de millorar el coneixement que les

persones tenim sobre els patrons dels contaminants de l'aire en terrenys complexos i

interaccions dels processos fisicoquímics que tenen lloc a l'atmosfera. Utilitzant el

Marenostrum també és possible els anàlisis de models de circulació global amb alta

resolució i la reducció d'escala a models regionals. Aquesta unió de models regionals i

globals contribuirà a una descripció més simple i detallada dels impactes que pot tenir el

canvi global a la Terra.

Els principals temes d'investigació que es donen al departament de "ciències de la

Terra" són:

Alta resolució de la qualitat de l'aire i modelització meteorològica.

Modelització global i regional del pols mineral

Modelització global i regional el clima

Actualment el grup manté pronòstics diaris d'alta qualitat sobre l'aire operatiu per

Europa i Espanya. El departament també en col·laboració amb l'Organització Meteorològica

Mundial (OMM) i l'Agencia Espanyola de Meteorologia (AEMET) han creat el Centre

Regional de Sorra i el Sistema d'Alerta de Tempestes de Pols que cobreix tota Europa, el

nord d'Àfrica i Orient Mitja. Altres activitats de recerca que es duen a terme en el

Marenostrum inclouen el diagnòstic del comportament de la Terra i la millora de les

versions paral·leles dels models atmosfèrics per augmentar la seva resolució.


- 20 -

El departament s'estructura en quatre grups que representen els principals topics de

les ciències de la Terra:

• Modelatge de la quantitat de l'aire

• Modelització de pols mineral

• Modelització atmosfèrica

• Modelització del clima global i regional

Aquests grups es relacionen entre si i treballen conjuntament. Tots són dirigits per el

director del departament José María Baldasano, un científic i investigador.

En el 2012 el departament de "ciències de la Terra" va fer 15 projectes clau, 4 per a

la Comunitat Europea o internacional, 6 de caire nacional, 4 relacionats amb l'industria i 1

d'entrenament.

4.1.2 Ciències de la Vida - Life Sciences

L'objectiu dels científics del departament de "ciències de la vida" és entendre la

biologia molecular i l'evolució dels organismes utilitzant models teòrics i algoritmes

matemàtics de simulació de vida que es poden programar al Marenostrum.

El departament de "ciències de la vida" es beneficia enormement de la seva situació

privilegiada d'estar en un centre on poden disposar d'un superordinador com el

Marenostrum i d'estar en un entorn d'una activa investigació de la biologia experimental. La

seva línea de recerca està integrada en una col·laboració amb el Institut de Recerca

Biomèdica.

Les principals àrees de recerca en el departament de

"ciències de la vida" són la modelització molecular,

bioinformàtica estructural, genòmica computacional, xarxa de

medicina, estudi subatòmic de funcions de la proteïna, i

d'acoblament de proteïna a proteïna.

El departament de "ciències de la vida" ha aparegut en

revistes líders i amb impacte mundial com poden ser Nature,

Nature Genetics, Nature Nanotechnology i Accounts in Chemical Research.


- 21 -

L'estructura del departament i de les diferents plataformes tecnològiques de las que

disposen amb el Marenostrum permet la cobertura de tots els camps de la biologia

computacional. Els diferents grups que formen el departament integren diferents

investigadors independents, tots ells liderats per científics d'alt nivell que treballen en

diferents aspectes de la biologia computacional. El departament està format per 4 grups de

recerca i 2 plataformes d'investigació.

El departament va estar treballant en 13 projectes durant el 2012 (últim any del qual

tenim referència). 7 projectes per la Comunitat Europea i internacionals, 5 projectes de

caire nacional i 1 dedicat a l'industria.

4.1.3 Aplicacions Computacionals per la Ciència i l'Enginyeria - Computer

Applications in Sciences and Engineering

L'objectiu principal del departament Computer Applications in Sciences and

Engineering (CASE) és desenvolupar noves estratègies computacionals per simular

problemes matemàtics complexos adaptats específicament per funcionar de manera eficient

en els superordinadors més moderns. Els projectes en els quals s'ha de col·laborar amb la

industria i altres grups científics són la principal motivació que mou tot el desenvolupament

dut a terme per el CASE.

Les aplicacions desenvolupades pel CASE són veritablement útils, requereixen un

profund nivell de coneixements en molts camps de la electrònica i la programació. Per tal

de desenvolupar amb èxit aquestes aplicacions, les habilitats de l'equip de CASE han d'estar

completament treballades en camps de la programació en paral·lel i de operacions

numèriques i s'han de complementar amb experts en les àrees apropiades. Per aquest

motiu el departament desenvolupa col·laboradors amb molts altres grups de científics en

molts àmbits de la ciència i la tecnologia. Els exemples de col·laboradors que mantenen

forts vincles amb CASE inclouen CIEMAT, CSIC, IAC, ICFO, IMDEA i universitats. Aquests

vincles es complementen amb els vincles amb socis industrials que necessiten simulacions

avançades de programes tecnològics complexos com podrien ser les empreses Repsol o

Iberdrola. El principal camp d'investigació de CASE és la mecànica computacional d'alt

rendiment, que requereix amplis coneixements en les ciències de la computació, física,


- 22 -

matemàtiques i diferents mètodes numèrics. Les àrees de recerca principals de CASE són la

dinàmica de fluids computacionals i la mecànica de sòlids, també hi ha les imatges

sísmiques i la programació en paral·lel. Les seves principals àrees d'aplicació són

aeroespacial, física d'altes energies (com ho podria ser el plasma), biomecànica (sistema

cardiovascular i respiratori), geofísica i fluids atmosfèrics. L'any 2012 CASE va començar a

treballar amb una nova de la simulació, la simulació social, i van aconseguir crear Pandora

un model teòric per desenvolupar simulacions socials.

CASE ha desenvolupat cinc codis d'alt rendiment, que s'utilitzen en els projectes

nacionals i internacionals, són el nucli que uneix CASE amb els seus col·laboradors i

contactes amb les empreses. Aquests codis són:

• Alya: Mecànica de fluids, mecànica de sòlids, la propagació elèctrica, combustió, etc.

• FAll3D: Transport de cendres Volcàniques, s'utilitza en la producció en centres

d'avisos de cendres volcàniques Sud-americans.

• BSIT (Eines sísmiques d'imatge Barcelona): Les ones acústiques i elàstiques d'imatge

sota terra. Eina promoguda per Repsol.

• Pandora: Un marc de modelatge basat en agents HPC per a la simulació social.

El CASE està format per dos grups d'investigació: Física i modelització numèrica i

mecànica computacional d'alt rendiment. Cada grup està format per unes 15 persones que

comprenen diversos científics qualificats en les seves matèries, estudiants i científics que

visiten el Marenostrum. Els dos grups d'investigació s'involucren en tots els projectes que

es donen al CASE.

4.1.4 Ciències Computacionals - Computer Sciences

El departament de "ciències computacionals" s'encarrega d'influir en la forma en la

que les màquines de computació es construeixen, es programen i són utilitzades. Això

comporta a la investigació del desenvolupament de nous processadors, noves memòries,

diferents interconnexions, una programació més eficient, altres anàlisis de rendiment, etc.

Utilitzant el que la computació ens ofereix i els requisits de la seva aplicació a les màquines,

normalment col·laborant amb els propis fabricants com podrien ser IBM, Intel, etc.


- 23 -

El departament de "ciències computacionals" es divideix 11 grups de recerca. Encara

que cada grup té la seva pròpia branca de recerca molts cops s'uneixen per col·laborar

entre ells en projectes que requereixen una col·laboració conjunta com ho pot ser el nou

projecte de el BSC, un nou superordinador que treballi conjuntament amb el Marenostrum,

el superordinador Mont-Blanc que serà dissenyat amb una tecnologia molt més rapida i

eficient de la que en aquests moments disposa el Marenostrum, la mateixa tecnologia que

fa servir el Tianhe-2, el superordinador més potent del món.

La unió d'una àmplia cobertura en quant a coneixements de disseny de sistemes

informàtics i de programació amb combinació de l'experiència dels investigadors són una

cosa única dels centres on es treballa amb superordinadors com pot ser el Marenostrum.

Aquesta unió ha fet que moltes empreses líders en computació mundial s'interessin a

invertir en projectes de disseny de sistemes.

Dels 11 grups de recerca 4 es dediquen en la arquitectura de ordinadors de gran

mesura, 3 es van centrar en la millora de productivitat en la programació d'aplicacions en

paral·lel a gran escala i 4 es van centrar en models de programació de gestió de recursos

per a grans arquitectures.

L'últim any del qual es té data de amb quins projectes ha participat el departament

de "ciències computacionals" és el 2012. El departament ha treballat en 6 projectes per a la

Comunitat Europea o de caire internacional, ha col·laborat amb 8 empreses en diferents

projectes i ha participat en 3 projectes nacionals.


- 24 -

4.2 Col·laboració amb Empreses

El BSC i el Marenostrum cooperen amb moltes empreses. Els investigadors del

Marenostrum creuen que s'ha de transferir la tecnologia a la industria tant com a un

objectiu de difusió de la ciència com per generar beneficis.

L'any passat més de 200 empreses de diferent mida e importància van visitar les

instal·lacions del Marenostrum, empreses de diferents àmbits com podrien ser aeronàutica,

automòbils, telecomunicacions, mitjans de comunicació, farmàcia, logística i tèxtil. El

Marenostrum coopera sobretot amb grans empreses i organitzacions com poden ser

Repsol, Intel, Microsoft, IBM, Nvidia, Iberdrola i European Space Agency (ESA). Obtenint

grans resultats i èxits en diferents projectes.

Repsol: El Marenostrum està treballant amb diferents projectes per desenvolupar

tècniques avançades per aplicar a la exploració de hidrocarburs que

puguin interessar a Repsol. El Marenostrum permet a la empresa Repsol

utilitzar el projecte Kalidoscope per a poder fer imatges subterrànies 15

cops més rapit que els seus competidors. El projecte Kalidoscope ha estat votat com un

dels cinc projectes més innovadors del sector energètic mundial.

Intel: El principal objectiu que mantenen el BCS i Intel és dirigir activitats de recerca

en neus models de programació i noves eines de predicció que es

necessitaran per explorar nous nivells de paral·lelisme de la computació

que Intel pugui fer servir en nous superordinadors, superordinadors de

milions de nuclis. Els dos objectius a arribar és portar la

supercomputació a nivells de consum més acceptables i a poder solucionar ràpidament una

fallada del sistema.

Microsoft: El Marenostrum està investigant juntament amb Microsoft sobre la

memora transaccional (un mecanisme per poder controlar el accés a una

zona de memòria compartida en la xarxa).


- 25 -

IBM: La col·laboració entre el Marenostrum i IBM es centra en dos aspectes

principals. Altes millores rendiment en els Big Data (sistemes que

manipulen grans volums de dades) de IBM, en concret amb el BlueGene

Active Storage i modificacions de potència i adaptació en els processadors

IBM POWER7.

Nvidia: Nvidia no solament col·labora amb el Marenostrum sinó que també amb la

pròpia UPC. Es volen oferir cursos a gent interessada en estudiar CUDA

(càlcul paral·lel de Nvidia per aprofitar al màxim la unitat de

processament gràfic) per a l'estiu al BSC.

La recerca de Nvidia i el Marenostrum esta centrat a la optimització d'aplicacions en

diferents àrees:

• Modelització electrònica i atòmica de les proteïnes

• Fusionar diferents tipus de nodes i utilitzar-los per sistemes lineals dispersos.

• El programari per facilitar el desenvolupament de sistemes que puguin ser utilitzats

en altres sistemes diversos.

• Exploració de l'espai de disseny amb TLB

• Mecanismes per a la programació de les unitats de procés gràfic de Nvidia.

Iberdrola: El Marenostrum e Iberdrola estan treballant en la creació de models

matemàtics per millorar el disseny dels parcs eòlics de Iberdrola. La

idea principal de la cooperació és augmentar significativament

l'eficiència i la potència dels parcs eòlics utilitzant tècniques numèriques

per optimitzar la col·locació de les turbines.

European Space Agency (ESA): El Marenostrum i la ESA mantenen dos projectes,

solucions per preveure el temps d'execució en nous processadors d'alta

generació en un entorn com podria ser l'espai on la vida dels

astronautes esta en joc i anàlisis de rendiment de processadors en la

programació per multicores (processadors amb més d'un processador

dintre de ell mateix).


- 26 -

4.3 Alguns Projectes Significatius

4.3.1 Alya Red, un dels projectes estrella del BSC-CNS

Alya Red, un projecte de Biomecànica, rep el nom de Alya System, l'eina de

simulació elaborada íntegrament al BSC-CNS i que funciona sobre el superordinador

Marenostrum.

El seu objectiu és desenvolupar un model computacional del cor humà per simular el

seu funcionament. Aquest projecte està sent desenvolupat per un equip multidisciplinari

que implica metges, bioenginyers i investigadors en supercomputació i en imatge mèdica.

El simulador permet aplicar impulsos elèctrics a qualsevol part del cor de la mateixa

manera que faria un marcapassos.

Utilitzant tecnologies de ressonància magnètica amb resolució de 36 micròmetres

(36 multiplicat per 10-6 metres) construeix una malla amb centenars de milers d'elements

computacionals, que donen un model "electromecànic" del cor amb totes les fibres

cardíaques que transmeten els impulsos elèctrics y produeixen els moviments de sístole i

diàstole.


- 27 -

Fins disposar dels recursos de càlcul que el Marenostrum ens proporciona, l'única

manera de descriure la disposició de les fibres cardíaques era mitjançant models

simplificats basats en "seccions histològiques" (talls transversals) del cor.

Una simulació d'aquestes característiques precisa una gran capacitat de càlcul

computacional. El Marenostrum permet distribuir aquests càlculs entre 10.000 processadors

coordinats i treballant en paral·lel.

Les simulacions proporcionades per aquest sistema ajudaran als metges a entendre

millor el funcionament del nostre cos, a diagnosticar patologies, a planejar operacions i

nous fàrmacs, amb l'ajuda de la tecnologia i de superordinadors com el Marenostrum el

futur de la ciència i de la medicina està sent construït avui en dia.

Actualment, gràcies a Alya Xarxa, els científics que formen part del projecte poden

simular models ventriculars procedents de geometries reals.

Un altre objectiu és crear una nova eina per ajudar a comprendre millor el

funcionament del sistema cardiovascular a metges d'investigació clínica i farmacèutica.


- 28 -

4.3.2 Projecte Pandora-ABM

Agent-Based Modelling (ABM) és un model teòric per desenvolupar simulacions

socials. ABM analitza les interaccions humanes per entendre la aparició de fets globals dels

individus al grup com un total. AMB és considerada la millor eina per simular la interacció

de entitats amb comportaments complexos i heterogenis en entorns realistes. Aquestes

simulacions necessiten alts costos computacionals per ser efectius i per això és difícil crear

models ABM capaços de ser utilitzats en qualsevol tipus d'ordinador.

Pandora és un ABM creat per el grup de investigació i simulació del BSC. Aquesta

eina és dissenyada per el BSC en el Marenostrum per a poder utilitzar els models del ABM i

poder-los executar en entorns de computació de alt rendiment. S'ha programat

expressament per permetre la execució de simulacions basades en agents de gran escala i

és capaç de treballar amb mils d'agents en desenvolupament d'acció complexes (dintre de

cada acció dels agents hi han més accions).

Pandora té el suport del Sistema d'Informació Geogràfica per a poder fer front a

simulacions en què les coordenades espacials són rellevants, tant en termes d'interaccions

agent i el medi ambient. La biblioteca també permet a l'investigador executar diverses

simulacions mitjançant la modificació de paràmetres inicials, així com per distribuir els

treballs a particulars amb alts costos d'equip mitjançant clústers (grups d'ordinadors). La

distribució divideix el cost de càlcul de l'execució entre els diferents clústers, cadascun dels

quals realitza una part de la totalitat de la simulació. Com a resultat serem capaços

d'executar la simulació en una fracció del temps de la qual no disposaríem si estiguéssim

utilitzant un sol ordinador.

Pandora es complementa amb Cassandra, un programa desenvolupat per analitzar

els resultats generats per una simulació creada. Cassandra permet a l'usuari visualitzar

l'execució completa de simulacions utilitzant una combinació de gràfics 2D i 3D, així com

dades estadístiques.

Per exemple comentar que un dels casos d'us que s'han dut a terme al BSC amb el

projecte Pandora és analitzar com es mourien les persones en el cas hipotètic de que

esclatés una bomba a plaça Catalunya.


- 29 -

4.4 Beneficis associats al fet de tenir el superordinador Marenostrum

a Barcelona.

El fet que el BSC i conseqüentment el Marenostrum sigui de titularitat pública

(Govern d'Espanya, Generalitat de Catalunya i Universitat Politècnica de Barcelona) és un

fet a remarcar, ja que el Marenostrum té un pressupost anual que ronda els 30 milions

d'euros, es per això que podria ser interessant veure quins són els beneficis que el

superordinador Marenostrum aporta a la societat.

Oriol Riu remarca en la visita al Marenostrum que el superordinador es dedica plena i

exclusivament a la investigació. Així que per veure els beneficis que el Marenostrum aporta

a la societat he de fixar-me en aquest àmbit.

Em faig aquesta pregunta: Quins són els beneficis de fer recerca e investigació amb

el superordinador Marenostrum?

Podríem respondre que els beneficis són els 3000 projectes d'investigació que porta

realitzats el Marenostrum, però com podem entendre com aquests projectes proporcionen

beneficis a la societat?

Per respondre a aquesta pregunta he pogut contactar amb el senyor Pere Albert

Labal, és arquitecte de software de IBM i va treballar 2 anys conjuntament amb el BSC.

Resposta de la meva pregunta per part del senyor Pere Albert Labal:

- El fet de tenir aquest superordinador a Barcelona ajuda al progrés. Si mirem la

història, el progrés científic és un dels pilars que ha impulsat el desenvolupament de les

societats i les nacions.

El mètode científic es basa en tres grans conceptes:

Observar la natura

Treure conclusions del que s'observa

Validar els resultats extrets de les conclusions obtingudes mitjançant experiments

Actualment ens trobem en un moment que validar els resultats extrets de la natura pot ser

perillós, per exemple si estem parlant de una medicina per el cor.


- 30 -

Es per això que l'humà ha creat unes màquines capaces de fer els càlculs i capaces de

validar els resultats obtinguts per poder simular el comportament de la natura. És més,

avui en dia pràcticament tot l'estudi científic fa servir ordinadors i superordinadors per

poder simular el comportament de la natura.

La experiència ens ha demostrat que un bisturí més afilat tallarà millor que un que no ho

esta gaire ja que un és millor que l'altre, és per això que necessitem els millors

superordinadors per poder obtindre els millors resultats.

- Estem en un ecosistema del talent, el fet de disposar del superordinador

Marenostrum a Barcelona inclou a la ciutat en la ruta dels principals investigadors

internacionals.

El talent atrau al talent, el fet de que les millors persones en les seves àrees d'investigació

passin per Barcelona atrau a més persones líders en àrees d'investigació a la ciutat.

Això ajuda a les persones més properes al superordinador com podria ser un científic català

o espanyol pugui aprofitar el seu talent més fàcilment.

- Ajuda a les empreses locals, en aquest punt interessa parlar de l'experiència amb la

empresa petrolífera Repsol.

Aquesta empresa es va trobar amb el fet que sobre l'any 2006 havia de fer unes

excavacions a uns terrenys de Mèxic, unes excavacions que amb les eines tradicionals de

ecografia sobre el terreny no donaven una informació clara de la probabilitat de trobar

bosses de petroli.

Repsol en un projecte conjunt amb el Marenostrum va desenvolupar el RTM (Reverse Time

Migration) i el va utilitzar per poder veure més clarament els resultats de les ecografies,

una eina que necessita la potencia del superordinador per poder ser utilitzada. Es important

remarcar que l'any 2008 la empresa Repsol va ser la número 1 a nivell mundial en "èxit de

prospeccions petrolíferes".

En conclusió es podria dir que el Marenostrum és una eina ben utilitzada i útil per a

la societat que contribueix al seu desenvolupament i evolució.


- 31 -

5 El Superordinador Marenostrum a Barcelona

5.1 Història del Superordinador Marenostrum per a Barcelona

Encara que l'adquisició del Superordinador Marenostrum es va produir a l'any 2004,

la historia del fet d'arribar a tenir aquest Superordinador a Barcelona, la podem iniciar a

l'any 1991, ja que en aquell any es va crear el CEPBA (Centre de Paral·lelisme de

Barcelona), un centre associat a la UPC i dirigit per al Sr. Mateo Valero per a proporcionar

serveis computacionals als diferents departaments de la UPC. El Departament

d'Arquitectura de Computadors (DAC) va proporcionar experiència en el nivell més baix

d'un sistema informàtic (nuclis numèrics, sistemes operatius, eines i arquitectura). Altres

cinc departaments de la UPC amb alta demanda computacional es van unir al DAC per

configurar el CEPBA. Aquests departaments van ser:

Teoria del Senyal i Comunicacions (TSC),

Resistència de Materials i Estructures a l'Enginyeria (RMEE),

Informàtica de Sistemes i llenguatges (LSI),

Física i Enginyeria Nuclear (FEN)

Física Aplicada (FA)

L' any 2000 CEPBA va signar un acord amb IBM per llançar el Institut d'Investigació

CEPBA-IBM. Els objectius d'aquest acord s'estaven unint a la investigació sobre temes

relacionats amb Deep Computing i Arquitectura computacional, i el suport a la investigació

local en altres àrees de la ciència i l'enginyeria. Aquesta Associació d'Investigació i

Desenvolupament entre la UPC i IBM tenia un compromís inicial per 4 anys.

El 2004 el acord entre IBM y el CEPBA es ampliat per iniciativa del Ministeri de

Educació y Ciència, la Generalitat de Cataluña y la UPC creant el BSC (Barcelona

Supercomputing Center) a Barcelona. Es en aquest acord a on s'estableix la adquisició del

Superordinador Marenostrum.


- 32 -

En abril de 2005 s'inicien les activitats amb el Superordinador Marenostrum el

Superordinador amb més capacitat de càlcul de tota Europa en aquell moment. Amb 4564

processadors de 64 bits, 9 Terabytes de memòria RAM i un sistema d'emmagatzematge de

128 Terabytes.

El 2006 Marenostrum va duplica la seva capacitat de càlcul i es va classificar de nou

com el Superordinador més potent d'Europa. BSC comença a coordinar la Xarxa Espanyola

de Supercomputació.

En el 2011 es fa una nova actualització del Marenostrum fins a 10240 processadors,

20 Terabytes de memòria RAM i 390 Terabytes d'emmagatzematge en disc.

En el 2012 degut a fi d'abaratir els costos d'aquesta infraestructura es decideix

conjuntament amb IBM canviar els processadors IBM PowerPC per processadors Intel

Xeon.

El juny de 2014 el Superordinador Marenostrum ocupa el lloc 41 del TOP 500 de

Superordinadors del món.

Es important remarcar que actualment el BSC compte amb més de 300 experts i

professionals treballant en les ciències de la Computació, ciències de la salut, ciències de la

Terra i aplicacions Computacionals en Ciència i Enginyeria.


- 33 -

5.2 Aspectes econòmics associats al Marenostrum/BSC

El superordinador Marenostrum va ser comprat per al consorci del BSC el 2004. És

important remarcar quins van ser els organismes que varen finançar aquest projecte.

- Ministerio de Educación y Ciencia un 51%

- Generalitat de Catalunya un 37%

- Universitat Politècnica de Catalunya un 12%

Com és pot veure la inversió va ser completament pública, es a dir, és una inversió

en investigació finançada amb els diners dels nostres impostos. És molt important remarcar

aquest fet. El treball realitzat pels equips d'investigació durant l'any 2005 va donar lloc a 92

publicacions.

Si comparem amb l'últim informe publicat que correspon a l'any 2012 veurem que la

inversió ha canviat.

El primer pressupost del qual tenim disposició és el del 2006, un pressupost que ja

era de 28 milions d'euros.

Aquest és el pressupost del BSC l'any 2012 que inclou ingressos ordinaris derivats de

contribucions pels seus clients així com els ingressos de projectes derivats de les fonts de

finançament competitives i els acords assolits amb les organitzacions privades.

Aquest ingrés es va utilitzar llavors per cobrir les despeses, inclosos els costos de les

operacions i el compliment de totes les obligacions financeres.

• Ingressos ordinaris es refereix al pressupost operatiu de base proporcionada pels

socis del consorci.

• Ingressos Competitius representen els fons derivats de les subvencions per a

projectes competitius de diversos ministeris i la Comissió Europea de projectes patrocinats

per empreses privades.

S'ha de tenir en compte que els fons de projectes competitius rebudes per avançat per als

programes pel futur, que s'apliquen progressivament al llarg de la vida útil de cada

projecte, no estan inclosos com a ingressos en el període en curs.


- 34 -

• Altres ingressos inclouen les inversions estratègiques, despeses generals i

transferències de capital.

Els diferents integrants en les inversions del BSC són:

El Ministerio de Ciencia e Innovación inverteix 4.288.320€ en els ingressos ordinaris i

1.586.626,89€ en els ingressos competitius.

La Generalitat de Catalunya inverteix 1.205.820€ en els ingressos ordinaris i

137.410,08€ en els ingressos competitius.

La Comissió Europea inverteix 4.268.645,78€ en els ingressos competitius.

Companyies privades com podrien ser Repsol o Iberdrola inverteixen 3.118.706,63€

en els ingressos competitius.

Anteriors reserves aplicades són reserves del BSC que constitueixen en 11.883.855€.

Inversions estratègiques són els fons assignats pels socis del consorci per finançar

inversions clau, com la construcció del nou edifici per a albergar BSC-CNS i els augments en

el maquinari de supercomputació, són 1.986.719,13€.

Overheads són els ingressos derivats dels projectes ordinaris i els Capital Transfers

són ingressos derivats de la rendibilitat del capital acumulat de les reserves plurianuals per

a l'execució de projectes competitius i d'inversions estratègiques, dipositats en diferents

comptes bancaris. La suma dels Overheads i de Capital Transfers són 2.085.726,02€.

En total el BSC obté 30.561.830,00€ per a invertir-los.

En aquest gràfic es demostra a quin tant per cent equival cada integrant en les

inversions del BSC.

Si fem una comparativa de costos des de el primer pressupost presentat el any 2006

fins a l'any 2012 (últims publicats), trobem el següent sobre els inversors institucionals:


- 35 -

• El Ministerio de Educación y Ciencia és el principal aportador institucional, però ha

passat d'un 22% a un 19%

• La Comunitat Econòmica Europea a passat del 9% al 14%

• La Generalitat de Catalunya ha passat del 8% al 4%

• Les Companyies Privades han passat del 4% al 10%

19% 4%

14%

10% 39%

7% 7%

Total Pressupost 2012 en % Ministerio de Ciencia e Innovación Generalitat de Catalunya

Comissió Europea Companyes privades

Anteriors reserves aplicades Invercions estrategiques

Overheads i Capital Transfers

22%

8%

9%

4%

48%

9%

Total Pressupost 2006 en %

Ministerio de Ciencia e Innovación Generalitat de Catalunya

Comissió Europea Companyes privades

Passius Financers (credits) Overheads i Capital Transfers


- 36 -

Això ens indica que cada vegada més, al formar part del grup de "Supercomputadors

Europeus" la Comissió Europea inverteix més. Les companyies privades també augmenten

la seva participació en el projecte, en canvi el sector públic Espanyol (Ministerio de Ciencia

e Innovación i sobre tot la Generalitat de Catalunya) tot i sent l'inversor majoritari, va

reduint la seva participació.

Per altre banda, el augment del pressupost es relativament contingut, ja que en 6

anys ha passat de 28 a 30 milions d'euros, un 7% que simplificant significaria

aproximadament un 1% anual.


- 37 -

5.3 Visita al Marenostrum

El dia 13 d'Agost vaig realitzar una visita concertada al BSC on resideix el

Superordinador de Barcelona, el Marenostrum. L'amfitrió de la visita va ser el senyor Oriol

Riu que amb un grup de 5 persones que formàvem la visita d'aquell dia ens va fer la visita

com a instructor.

Les instal·lacions on es troben el BSC i per conseqüent el Marenostrum es troben en

el campus Nord de la UPC en el que temps enrere havia estat un monestir. Això li donava

una aparença estètica molt especial i atractiva. Un cop vam estar tots els 5 visitants junts a

la sala adjunta a l'entrada, va arribar l'Oriol Riu, i en una gran pantalla (figura 1) que hi

havia a la sala ens va presentar una exposició oral.

L'Oriol Riu ens va ensenyar que per estar en el TOP 500 de millors superordinadors

solament feia falta tenir diners, ens va dir que a més diners, més potencia. Va començar

explicant alguns dels superordinadors més potents del món i els va comparar amb el

superordinador Marenostrum. Segons el que ens va explicar el BSC es dedica a la

investigació, de 400 persones que hi treballen en el BSC 300 de elles es dediquen

plenament a la investigació. Així que es pot dir que el Marenostrum és una eina dedicada a

la investigació que està en el lloc 41 del TOP 500.

Segons el que l'Oriol Riu ens explicava el Marenostrum ha tingut 3 actualitzacions, el

2004 el Marenostrum va ser instal·lat al centre de BSC i en aquell moment va estar en el

quart lloc del TOP 500 i primer dels Europeus. La primera actualització va ser 2 anys

després de la seva instal·lació, el 2006, el Marenostrum que en dos anys havia perdut

figura 1. Pantalla a l'entrada del BSC

l'entrada el BSC


- 38 -

molts llocs en el TOP 500 és va tornar a posar en el sisè lloc del TOP 500. La segona

actualització es va donar l'any 2011, a la maquina li va afectar molt la actualització ja que

la crisi ja influïa als diners que el Marenostrum rebia de fonts públiques per a actualitzar-lo i

tot i fer-se una actualització el Marenostrum no va arribar a situar-se entre els 10 millors

superordinadors del TOP 500. La tercera i última actualització va ser entre l'any 2012 i

2013 que ja és la màquina actual. Aquesta última actualització ja es va pagar amb els diner

que venien de la Comunitat Europea.

Actualment el Marenostrum dedica un 71% de la seva potència a la investigació

Europea, un 23% de la seva potència a la investigació Espanyola i un 6% de la seva

potència la pot fer servir el propi BSC/UPC.

Quan vam entrar a la sala on està instal·lat el Marenostrum es va apoderar de

nosaltres una atmosfera de transcendència, ajudada tant per la sala que era la antiga

església del monestir, com per una música religiosa que estava sonant quan vam entrar.

Curiosament aquella combinació entre ciència i religió provocava un efecte de gran atractiu.

La revista Fortune va decidir nominar al Superordinador Marenostrum com a la màquina

amb "més atractiu" (figures 2 y 3) probablement degut a la seva ubicació i disseny en la

sala, en Oriol no va mostrar-se especialment orgullós d'aquest premi tant poc científic, però

en qualsevol cas no ho va obviar.

figura 2. Es veu el superordinador

Marenostrum rodejat d'una

vidriera molt estètica

figura 3. Es poden contemplar

els armaris i les mils de plaques

que formen el Marenostrum.


- 39 -

El Marenostrum té un total de aproximadament 40.000 processadors i 6.000 chips i

té una velocitat de transmissió de 15 Tbytes/s. El Marenostrum ha realitzat uns 3000

projectes d'investigació i en continua realitzant, com per exemple l'estudi del genoma

humà.

Las tablets d'avui en dia com per exemple un iPad de la marca Apple poden ser tant

potents com a un superordinador de fa 20 anys. Això es demostra per la Llei de Moore que

expressa que aproximadament cada dos anys es duplica la potencià i es redueix les

dimensions a la meitat, ell mateix expressa que la seva llei deixarà de tenir validesa d'aquí

a 10 o 15 anys quan es la llei es superi a ella mateixa.

El Marenostrum utilitza la tecnologia coneguda com a "technologic commodity" que

significa que els components del Marenostrum són com els components del ordinador que

podem tenir perfectament a casa.

El superordinador Marenostrum té 56 armaris i cada armari conté dins seu 84

plaques (figura 4). Les connexions que van per sota el terra del Marenostrum constitueixen

en un total de 100 km de cables de connexió de fibra óptica ja que cada armari s'ha de

connectar amb els altres.

La factura elèctrica del Marenostrum constitueix en 1,1 milions d'euros anuals ja que

la màquina consumeix aproximadament 1000 kW·h anuals, 1 MW·h la xifra ascendeix a

122€ l'hora aproximadament, això fa que al multiplicar la xifra per 24 hores d'un dia i els

365 dies l'any ens aparegui un cost de aproximadament 1,1 milions d'euros anuals.

figura 4. Oriol Riu ens ensenya una de les plaques que

composen el superordinador


- 40 -

Actualment el tema de reduir el consum elèctric es precisament el "objectiu

principal" que es vol abordar en el tema dels nous Superordinadors. Com a exemple el

Superordinador número 1 del món, és un superordinador Xinés Tianhe-2 de 3.120.000

processadors, 33.86 Petaflops, que consumeix 17,8 MW (correspondrien aproximadament a

un cost de 18M euros anuals segons el cost espanyol). Aquest és el principal motiu per el

que Oriol Riu va comentar el Projecte Mont Blanc que consisteix en el disseny i creació de

un superordinador basat en la tecnologia que fan servir les tablets, de consum molt més

baix i eficient.

L'amfitrió de la visita, l'Oriol Riu


- 41 -

6 El futur dels superordinadors

Per poder continuar augmentant la potència dels superordinadors d'aquí a uns anys

es veuran superordinadors amb costos energètics molt més baixos i molt més eficients.

Superordinadors que com ja deia Oriol Riu utilitzaran la technologic commodity a fi

d'abaratir costos ja que ara aquestos són els principals problemes actuals que comporten

els superordinadors.

No crec que en un futur en tinguem un a casa ja que seria un desaprofitament de

tecnologia molt important, però en canvi, si que crec que els superordinadors seran

utilitzats molt més i a més llocs, ja que són una eina que ens està dirigint cap al futur de la

tecnologia moderna.

Ja hem escrit que les simulacions que ens permeten fer els superordinadors són

essencials per al progrés científic i social des de el punt de vista que ens podrien permetre

fer anàlisis bio moleculars que poden ajudar a la medicina i a la creació de nous materials,

també s'ha pogut observar que amb el projecte Pandora es pot analitzar el comportament

dels sers humans i ajudar-nos a dissenyar ciutats més habitables.


- 42 -

7 Glossari

Agent-Based Modelling : És un tipus de model computacional que permet la interacció i la

simulació d'accions d'individus dins d'un entorn computacional.

Base de Dades: Sistema lògic que permet emmagatzemar grans volums dades de forma

estructurada, que permeten ser relacionades entre elles i accedides de manera ràpida i

uniforme.

Bit : És l'acrònim de Binary Digit, mentre que en el sistema d'enumeració digital s'utilitzen

10 números en el sistema binari solament se'n utilitzen dos, el 0 i el 1 i un bit pot

equivaldre a un d'aquest dos valors.

Clusters : Un cluster és un conjunts d'ordinador construïts de manera que utilitzant uns

hardwares comuns es comportin com si fossin un sol ordinador.

Coma Flotant : La coma flotant és una anotació matemàtica amb la que las CPU poden

representar uns nombres racionals molt grans i molt petits amb molta rapidesa.

Cores : És un nucli de un processador. Els Processadors moderns poden ser Single Core

(formats per un sol nucli) o multi-core (format per varis nuclis).

CPU : Cental Process Unit (Unitat Central de Procés). És la part del ordinador que

interpreta les instruccions d'un programa d'ordinador. Equival a Processador.

Disc dur : Dispositiu físic encarregat d'emmagatzemar dades digitals.

Emmagatzematge en disc : És la memòria del ordinador on s'emmagatzemen tant les

dades com els programes que utilitza el ordinador.

Flops (operacions en coma flotant per segon) : Els flops són la unitat per veure el

rendiment d'un ordinador, la capacitat de realitzar càlculs.

Hardware : Equival a Maquinari. El hardware d'un ordinador és el conjunt de les parts

físiques que el formen.

Llenguatges de programació : És un llenguatge dissenyat perquè el facin servir els

programadors d'ordinadors per a poder crear programes que s'executin en un ordinador i

controlin el comportament físic de la màquina per fer el que volem.


- 43 -

Llista del TOP 500 : La llista TOP 500 és la llista que indica els 500 superordinadors més

potents del món.

Memòria RAM : És la memòria de treball que utilitzen els programes i el sistema operatiu.

És on es carreguen les instruccions que nosaltres donem al ordinador.

MIPS : Milions de instruccions per segon, és la unitat en que es mesura la potència dels

Mainframes, en contraposició dels Megaflops, Teraflops, etc. que es la unitat que es

mesura la potència dels superordinadors.

Notebooks : És com s'anomenava al d'ordinador portàtil, actualment aquesta notació està

en desús.

Nuclis : Equival a Core. Els Processadors moderns poden ser Single Core (formats per un

sol nucli) o multi-core (format per varis nuclis).

PRACE : "Partnership for Advanced Computing in Europe". És una associació de computació

europea d'alt rendiment on el Marenostrum forma part i engloba 25 països diferents.

Processadors : En un sistema informàtic el processador és l'encarregat de executar les

instruccions programades.

Processadors escalars : Són uns tipus de processadors que s'encarreguen de treballar en

una dada cada vegada que treballen.

Processadors vectorials : Són uns tipus de processadors que s'encarreguen de treballar en

varies operacions a la vegada cada vegada que treballen.

Qubits : "Quantum bit". Són el sistema del bit en la computació quàntica on es pot assolir

el 0, el 1 i el 0 i 1 a la vegada.

RES : "Red Española de Supercomputación" és un conjunt de superordinadors distribuïts

per Espanya i del qual el Marenostrum en forma part.

RISC: Reduced Instruction Set Computing Tecnologia de Processadors per ordinadors que

tenen la característica de tenir un conjunt reduït de instruccions que s'executen. Aquesta

característica permet crear Ordinadors que poden tenir gran quantitat de nuclis amb

possibilitat de paral·lelisme (executar més d'una instrucció a la vegada).


- 44 -

Smartphone : És la evolució dels antics telèfons mòbils que ara es poden utilitzar com a un

ordinador.

Software: Equival a programari. És el conjunt de parts lògiques (no físiques) de l'ordinador.

És com s'anomena a un conjunt de programes, o tots el programes que funcionen en un

ordinador.

Transaccions: Son una sèrie de accions/instruccions que s'han de realitzar com si fossin

una sola. Per exemple el traspassar diners d'un compte a un altre: s'ha de consultar per

veure si hi han diners, treure diners d'un compte i posar-lo al altre, tot junt és una

transacció.


- 45 -

8 Bibliografia i Webgrafia

8.1 Bibliografia

Barcelona Supercomputing Center 2012 Annual Report

8.2 Webgrafia

http://es.wikipedia.org/wiki/MareNostrum

http://www.bsc.es/marenostrum-support-services

http://es.wikipedia.org/wiki/Tel%C3%A9fono_inteligente

http://www.gartner.com/newsroom/id/2623415

http://en.wikipedia.org/wiki/Smartphone

http://es.wikipedia.org/wiki/Tableta_(computadora)

http://ca.wikipedia.org/wiki/Ordinador_port%C3%A0til

http://ca.wikipedia.org/wiki/Ordinador_de_sobretaula

http://es.wikipedia.org/wiki/Servidor

http://en.wikipedia.org/wiki/Mainframe_computer

http://es.wikipedia.org/wiki/Supercomputadora

http://es.wikipedia.org/wiki/Computaci%C3%B3n_cu%C3%A1ntica

http://www.bsc.es/

http://www.upc.edu/investigacion/laboratorios-y-centros-de-investigacion/entidades-

vinculadas-de-investigacion/bsc-cns

http://www.top500.org/list/2014/06/?page=1

http://es.wikipedia.org/wiki/Centro_Nacional_de_Supercomputaci%C3%B3n

http://www.bsc.es/computer-applications/alya-red-ccm

https://www.youtube.com/watch?v=hiKgDOXlPfk

http://www.rtve.es/noticias/20131007/superordenador-marenostrum-simulara-

neuronas-proyecto-human-brain/759744.shtml

http://www.bsc.es/computer-applications/pandora-hpc-agent-based-modelling-

framework

http://www.bsc.es/about-bsc/publications/annual-reports

http://www.bsc.es/computer-sciences

http://www.bsc.es/earth-sciences


- 46 -

http://www.bsc.es/life-sciences

http://www.bsc.es/computer-applications

http://es.wikipedia.org/wiki/Bit

http://clusterfoodmasi.es/cluster/que-son-los-clusters/

http://es.wikipedia.org/wiki/Coma_flotante

http://en.wikipedia.org/wiki/Core

http://www.masadelante.com/faqs/cpu

http://www.alegsa.com.ar/Dic/hardware.php

http://www.top500.org/

http://es.wikipedia.org/wiki/Memoria_de_acceso_aleatorio

http://ca.wikipedia.org/wiki/Unitat_central_de_processament

http://sitios.csic.es/web/calculo-cientifico/res-red-espanola-de-supercomputacion

http://es.wikipedia.org/wiki/Reduced_instruction_set_computing

http://www.masadelante.com/faqs/software-hardware

El superordinador Marenostrum

Documents

Transcript of El superordinador Marenostrum