El supercomputador de ALMA asciende a 5.000 metros para interpretar el cosmos

Uno de los supercomputadores más potentes del mundo ha sido instalado y puesto a prueba a una gran altitud, en sus remotas instalaciones ubicadas en los Andes del norte chileno. Esto marca uno de los hitos más importantes en el camino hacia la culminación del Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), el telescopio terrestre más sofisticado de la historia.

Este supercomputador o correlador es un componente esencial de ALMA, un telescopio astronómico que comprende un conjunto de 66 antenas parabólicas. Sus 134 millones de procesadores combinan y comparan permanentemente débiles señales de cuerpos celestes, recibidas por las antenas de ALMA, que poseen una separación de hasta 16 kilómetros, permitiendo que funcionen como un solo telescopio gigante. La información recogida por cada antena debe combinarse con los datos provenientes de cada una de las antenas restantes.

A su capacidad máxima de 64 antenas, el correlador [1] debe realizar 17 mil billones de cálculos cada segundo [2]. El correlador se construyó específicamente para esta tarea, pero el número de cálculos realizados por segundo sólo se compara al funcionamiento de los supercomputadores más veloces de uso general en el mundo.[3].

"Este desafío informático único requirió un diseño innovador, tanto para los componentes individuales como para la arquitectura general del correlador", ha declarado Wolfgang Wild, Gerente del Proyecto ALMA para Europa, en un comunicado del Observatorio Europeo Austral (ESO).

El diseño inicial del correlador, así como su construcción e instalación, fue dirigido por el Observatorio Radio Astronómico Nacional (NRAO), el principal socio norteamericano de ALMA. Este proyecto fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias de EE.UU. (NSF, por su sigla en inglés), con la colaboración de ESO.

"La construcción e instalación del correlador es un hecho de gran trascendencia para la culminación de la participación de Estados Unidos en la construcción del proyecto internacional ALMA", ha señalado Mark McKinnon, Gerente del Proyecto ALMA para Norteamérica y parte del NRAO. "Los desafíos técnicos eran enormes, y nuestro equipo logró superarlos", agregó.

Descomponer el espectro de luz

Como el socio europeo de ALMA, ESO también ha proporcionado una parte fundamental del correlador: un versátil sistema completamente nuevo de filtrado digital, concebido en Europa, que se incorporó al diseño inicial del NRAO.

La Universidad de Burdeos en Francia [4] diseñó y elaboró para ESO un conjunto de 550 tarjetas de circuitos con filtros digitales de última generación. Con estos filtros, la luz que capta ALMA puede dividirse en 32 veces más rangos de longitudes de onda que en el diseño original, y cada uno de estos intervalos se puede ajustar con gran precisión.

"Esta gran y perfeccionada flexibilidad es fantástica, nos permite descomponer el espectro de luz que ALMA ve, y así centrarnos sólo en las longitudes de onda necesarias para una observación específica, ya sea reastreando las moléculas de gas en una nube de formación estelar, o buscando algunas de las galaxias más distantes en el Universo", afirma Alain Baudry, de la Universidad de Burdeos, líder del equipo europeo del correlador de ALMA.

Otro gran desafío fue la extrema localización de la máquina. El correlador se encuentra en el Edificio Técnico del Sitio de Operaciones del Conjunto de Antenas (AOS, por su sigla en inglés), la instalación de alta tecnología ubicada a mayor altura en el mundo.

A 5.000 metros, el aire se enrarece, por lo que se requiere el doble del flujo normal de ventilación para enfriar el aparato, con un consumo de unos 140 kilovatios de potencia. En este aire no se pueden utilizar unidades de disco con sistemas giratorios para los computadores, ya que, sus cabezales de lectura/escritura necesitan de un colchón de aire generado por la rotación de los platos que impide que choquen contra sus bandejas. Además, la actividad sísmica es común, por lo que el correlador tuvo que ser diseñado para soportar las vibraciones asociadas a los terremotos.

ALMA comenzó las observaciones científicas en 2011, con un conjunto parcial de antenas. Una sección del correlador ya se utilizaba para combinar las señales de dicho grupo, pero ahora el sistema se encuentra completamente terminado. El correlador está listo para que ALMA comience a operar con un mayor número de antenas, lo que aumentará la sensibilidad y la calidad de imagen de las observaciones. ALMA se encuentra prácticamente terminado y será inaugurado en marzo de 2013.

Notas

[1] El correlador de ALMA es uno de dos sistemas de este tipo, que han sido incorporados en el complejo de ALMA. El total de 66 antenas comprende un conjunto principal de 50 antenas (la mitad proporcionadas por ESO, y la otra mitad por NRAO) y un conjunto complementario adicional de 16 antenas, denominado Conjunto Compacto de Atacama (ACA, por sus siglas en inglés), aporte del Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ). Un segundo correlador, construido por la empresa Fujitsu y entregado por NAOJ, permite comparar los datos obtenidos solo por las 16 antenas del ACA de manera independiente, excepto cuando algunas de estas antenas se combinan con el resto de las 50 antenas principales del conjunto.

[2] 17 mil billones = 17.000.000.000.000.000.

[3] El récord actual en el ranking de los 500 supercomputadores más poderosos de uso general ( TOP500) lo tiene Titan, de la empresa Cray Inc. Éste es capaz de realizar 17.590 billones de operaciones de cálculo por segundo. Es importante destacar que el correlador de ALMA es un supercomputador especializado, por lo que no es apto para este ranking.

[4] Este proyecto fue la continuación del trabajo realizado en nuevos conceptos para el correlador, desarrollado por la Universidad de Burdeos en conjunto con ASTRON en Holanda, y el Observatorio de Arcetri, en Italia.