Un grupo mixto de investigadores de las Universidades de Extremadura y Vigo junto con técnicos del Centro de Supercomputación de Galicia (CESGA) ha logrado resolver un problema electromagnético de 150 millones de incógnitas utilizando el superordenador Finis Terrae instalado en el CESGA, a considerable distancia del anterior récord mundial, situado en 85 millones de incógnitas, a cargo de un grupo de investigadores turco. El trabajo científico realizado para este reto continúa con la perspectiva de alcanzar los 250 millones de incógnitas este invierno también gracias al soporte del supercomputador del CESGA.
La aplicación empleada en el reto (HEMCUVE++) es el resultado de un proceso de desarrollo continuado del equipo investigador, iniciado en el año 1999 a través de un proyecto financiado por NAVANTIA. El objetivo ha podido cumplirse gracias a la estrecha colaboración existente entre los investigadores y los técnicos responsables del Finis Terrae. Para abordar esta simulación ha sido necesario utilizar tan solo 64 de sus 142 nodos, lo que equivale a 1024 núcleos de proceso y 5,4 Terabytes de memoria RAM. Los cálculos se han completado en 6 horas, de las que 3 horas y media han sido empleadas en la inicialización del algoritmo.
El investigador de la Universidade de Vigo Fernando Obelleiro destaca que “el Finis Terrae es una máquina estupenda para este tipo de reto. Aunque existen máquinas más potentes, la arquitectura de Finis Terrae es idónea para nuestra aplicación”.
Aplicaciones prácticas del nuevo desarrollo
En la carrera por resolver problemas electromagnéticos de cada vez mayor complejidad hay muchos grupos de investigación de todo el mundo, pero, según Luis Landesa, miembro del equipo procedente de la Universidad de Extremadura, “lo interesante de esta carrera es aprovechar al máximo los recursos disponibles, lo que exige pensar mucho, sacar la parte más científica de nosotros”.
A pesar de que los trabajos realizados para abordar este reto forman parte del ámbito de la investigación básica, “el código computacional que estamos desarrollando nos servirá para los usos aplicados en los que trabajamos”, explica Landesa.
Los usos aplicados a los que se refiere son la resolución de problemas electromagnéticos en el diseño de grandes estructuras dotadas de sistemas de radio, como barcos, aviones y vehículos terrestres. “Los fenómenos electromagnéticos se pueden simular computacionalmente”, explica Obelleiro.
Así, su trabajo se centra en buscar la manera más eficiente de simular el comportamiento electromagnético de las estructuras en la etapa del diseño para poder verificar y garantizar el cumplimiento de los requisitos electromagnéticos impuestos por la industria o las administraciones, minimizando así los problemas posteriores al proceso de fabricación. “Cuando construyes un barco puedes tener problemas de interferencias entre las antenas que lleva. Construirlo y ver qué pasa es muy caro, de ahí la simulación, que permite hacer diseños virtuales del barco y observar también de forma simulada las reacciones e interacciones entre sus distintos elementos, como el de las antenas y radares”, detalla el investigador de la Universidade de Vigo.
La clave está en el nuevo algoritmo
La dimensión de los problemas que hay que llegar a resolver para realizar estas simulaciones es enorme. Después de mucho tiempo utilizando técnicas aproximadas, que aportaban una idea un tanto burda del comportamiento electromagnético de las estructuras, la evolución de los ordenadores y el desarrollo algorítmico han permitido que, a través de técnicas de gran rigor, se puedan analizar estos problemas. “Estamos hablando de millones de incógnitas que nos permitirán analizar y en último termino predecir el comportamiento electromagnético de estructuras de grandes dimensiones eléctricas con un lujo de detalles hasta ahora inabordable y esto sin duda supondrá importantes ventajas competitivas para aquellas industrias con acceso a esta tecnología”, explica Landesa.
El algoritmo desarrollado por el grupo de investigadores permite escalabilidades hasta ahora impensables. El código se ejecutó sobre 1024 núcleos de proceso con una eficiencia próxima al 100% mientras que los anteriores intentos de otros equipos tan solo consiguieron llegar a 48 procesadores presentando una baja eficiencia en su paralelización. Este hecho es de vital importancia para aprovechar al máximo la capacidad de las nuevas generaciones de supercomputadores, dotados cada vez de un mayor número de procesadores.
Este record también abre la puerta a la aplicación del electromagnetismo computacional en campos como la biomedicina (imágenes radar para detección de tumores, influencia de terminales móviles en el cuerpo humano, etc.), diseño de metamateriales (materiales artificiales con propiedades electromagnéticas inusuales, con gran importancia en la creación de superlentes o paneles de invisibilidad), o el desarrollo de radares de penetración terrestre para la detección de minas antipersona, estructuras geológicas en el subsuelo, etc.
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