Cómo construir una supercomputadora

El verano pasado, tres camiones viajaron por el norte de Inglaterra transportando una carga inusual. Durante 150 millas, casi 500 computadoras fueron envueltas individualmente en un edredón para su protección.

Cómo construir una supercomputadora

Estas computadoras alguna vez formaron parte de una supercomputadora de 13 toneladas en Cheshire y estaban siendo trasladadas a su nuevo hogar en la Universidad de Durham. Ahora, después de meses de meticulosa instalación, esta supercomputadora de segunda mano se ha convertido en una de las máquinas más grandes del país para la investigación astronómica.

Con 4,3 petabytes de almacenamiento, tiene alrededor de una décima parte del almacenamiento de la supercomputadora más rápida del Reino Unido (la Cray XC40 de Met Office) y tiene una potencia de procesamiento de 166 TeraFlops, en comparación con los aproximadamente 7000 TeraFlops de Cray.

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Armar la computadora fue un esfuerzo de la comunidad, según Lydia Heck, quien ha manejado las computadoras en el Instituto de Cosmología Computacional de Durham durante los últimos 30 años. Investigadores, estudiantes y profesores se ofrecieron como voluntarios para ayudar a reconstruir el rompecabezas, combinando algunos de los equipos antiguos de Durham con las computadoras transportadas en los camiones.

Esto incluyó sacar cada uno de los 2400 discos de almacenamiento de ocho bastidores, reinstalarlos y luego pasar semanas tratando de encontrar y corregir errores.

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¿Por qué las supercomputadoras son tan importantes?

Las supercomputadoras desempeñan un papel crucial en la investigación científica porque ampliar los límites del conocimiento requiere computadoras cada vez más poderosas capaces de realizar miles de cálculos por segundo.

La astronomía, la química, la biología y el pronóstico del tiempo dependen del poder de las supercomputadoras. Las supercomputadoras no son solo las computadoras más poderosas; funcionan de una manera completamente diferente a las computadoras normales. Realizan muchos cálculos a la vez, lo que se conoce como procesamiento paralelo, en lugar de que la computadora en la que está leyendo esto realice cada tarea una a la vez.

Por lo general, se utilizan para calcular problemas complejos, muchos de los cuales son exponenciales, lo que significa que cada vez que desea agregar un parámetro, duplica la potencia necesaria para una simulación.

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El poder de cómputo ha sido durante mucho tiempo un factor limitante en astronomía, por ejemplo. En la década de 1980, los investigadores debatían si el sistema solar se movía o no de manera caótica, pero solo cuando se inventaron computadoras más potentes se resolvió el debate, es algo caótico.

Superpoderes de reciclaje

La supercomputadora 'reciclada' de Durham ahora está en funcionamiento, contribuyendo al centro de investigación nacional DiRAC del Reino Unido, que se especializa en investigación en física de partículas, astronomía y cosmología. La nueva máquina ejecuta códigos para la investigación en física de partículas, física nuclear, astronomía y cosmología. Investigadores de todo el país pueden solicitar tiempo en la máquina, a la que se puede acceder de forma remota desde cualquier parte del mundo.

Pero hay mucho más en el funcionamiento de una supercomputadora de lo que parece. La máquina requiere un sistema de alimentación ininterrumpida, refrigeración por agua y aire, y tiene sus propios generadores de energía diésel como respaldo.

Al entrar en la sala que alberga la máquina, en la planta baja del edificio de Ciencias de la Tierra de Durham, las primeras sensaciones que impactan son el calor y el ruido.

“Hay más de 500 computadoras aquí, todas gritando”, dice Heck. Imagine el calor que puede generar su propia computadora de escritorio o portátil y multiplíquelo por 500.

Las latas de nitrógeno por valor de £ 150,000 se mantienen en el techo, preparadas y listas para desplegarse en caso de incendio. Dado que el agua no sería rival para la energía que emiten estas máquinas, la única opción sería privar de oxígeno a un fuego.

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Al lado se encuentra el hermano pequeño de la supercomputadora más nueva, una mísera línea de unas 200 computadoras que se están retirando lentamente. Cada vez que una de las máquinas se estropea, dice Heck, en lugar de arreglarla, el equipo simplemente la deja morir.

Trabajando constantemente, algunos de los códigos que se ejecutan en la computadora duran millones de horas de cómputo, lo que significa que no hay espacio para un corte de energía, o incluso una caída. Un generador alimenta el sistema de energía de la computadora, mientras que dos generadores diesel en el campus están allí en caso de emergencia. "El año pasado tuvimos que usarlos varias veces", me dice Heck, "pero no tanto este año, afortunadamente, ¡hacen tanto ruido y no huelen muy bien!"

El sistema DiRAC Data Centric HPC instalado en Durham se ha mejorado con la implementación de COSMA6, una máquina con 8000 núcleos Intel Sandy Bridge y 4,3 petabytes de almacenamiento. El recurso adicional fue necesario para mantener la competitividad de la comunidad de investigación que DiRAC utilizó durante 12 meses a partir de abril de este año.

“El nuevo sistema HPC de la Universidad de Durham es un testimonio de las habilidades de todos los involucrados en el proyecto que pudieron reinstalar un clúster de segunda mano, agregarle nueva memoria RAM y diseñar una solución que resultará invaluable para la investigación. comunidad”, comenta Julian Fielden, Director General del proveedor de servicios informáticos OCF. “Tenemos una larga historia de trabajo con la Universidad de Durham, por lo que estamos muy contentos de haber participado en un proyecto tan único”.

Y nada de eso hubiera sido posible sin Heck. Lo que queda claro después de pasar una tarde con ella y sus supercomputadoras es cuánto amor tiene por las máquinas, un sentimiento que es contagioso. En sus décadas trabajando en Durham, ha seguido trabajando de cerca con los estudiantes. Ella dice que es porque “me mantienen joven”.

Sobre todo, a Heck le apasiona inspirar a las mujeres jóvenes a dedicarse a la ingeniería, y aunque los estudiantes pueden pasar por los pasillos y los investigadores podrían incluso usar la capacidad de las supercomputadoras sin conocer a Heck, ella es una parte fundamental de la universidad y de la investigación más amplia. comunidad.

Imágenes: Abby Beall