Aterui duplica su velocidad para mejorar las simulaciones astronómicas

Los datos obtenidos en las observaciones astronómicas son meras copias de los fenómenos reales. Para entender esos datos, los científicos necesitan construir teorías basadas en la física, y llevar a cabo experimentos sobre la base de esas teorías. Sin embargo, resulta complicado, por no decir imposible en muchos casos, reconstruir ciertos fenómenos astronómicos en un laboratorio, debido a las escalas espaciales y temporales que intervienen.

Precisamente este ha sido uno de los campos al que se han reservado desde su aparición los superordenadores, capaces de abordar problemas muy complejos o que no pueden realizarse en el mundo físico, ya sea por la peligrosidad que implican, o por involucrar objetos increíblemente grandes o pequeños.

Es el caso del superordenador Cray XC30 sistema Aterui, con el que opera el Centro de Astrofísica Computacional (CfCA) del Observatorio Astronómico Nacional de Japón. A pesar de tratarse del equipo más rápido del mundo dedicado a la simulación astronómica, los expertos necesitan cada vez un rendimiento mayor, por lo que se ha actualizado el potencial del equipo hasta duplicar su velocidad.

Según explica el CfCA en un comunicado, introduciendo CPUs con tecnología de última generación se aumentó el rendimiento teórico máximo de 502 teraflops a 1.058 petaflops, lo que significa que Aterui da el salto a los equipos petaflops. De esta forma mejorará sustancialmente su aportación a la astronomía, ampliando el horizonte de las simulaciones para comprender el universo y los fenómenos astrofísicos.

Simulación numérica

La astronomía teórica trata de entender los fenómenos del espacio mediante la resolución de ecuaciones. En algunos casos no resulta fácil resolverlas a mano, por lo que recurren a la ayuda de estos potentes superordenadores. Los astrónomos crean objetos específicos, o incluso réplicas del propio universo en ordenadores para compararlo con el universo observado. Con el rápido avance de la tecnología informática, las simulaciones numéricas se consideran como el tercer pilar de la investigación, junto a la astronomía observacional y teórica.

En concreto, el CfCA opera con supercomputadoras para simulaciones astronómicas de este tipo en el campus de NAOJ Mizusawa. El Aterui es la cuarta generación instalada allí para la simulación numérica, desde abril de 2013. Con el rendimiento máximo teórico de 502 teraflops ya se trataba del equipo más rápido del mundo, con el que se consiguió acelerar la comprensión en diversos campos de la astrofísica.

Una de las simulaciones más complicadas fue la explosión de una supernova, una estrella de masa mayor que unas 10 masas solares, que evoluciona a gigante roja. Con los recursos computaciones disponibles se consiguió una alta resolución que permitió verificar una teoría fruto de 50 años de esfuerzo continuo por parte de los astrofísicos.

Sin embargo, los astrónomos necesitan cada vez un rendimiento mucho mayor, de ahí su paso por quirófano para optimizar su "cerebro". En esta operación se han sustituido las viejas CPUs y reducido el número de armarios de 8 a 6, aunque eso no ha supuesto una merma en su rendimiento. Todo lo contrario, se duplicó de 502 Teraflops a 1.058 petaflops. Eso significa que el equipo puede realizar mil billones de cálculos por segundo, lo que facilitará el trabajo en simulación astronómica.

El renovado Aterui, operativo desde principios de octubre, ya ha sido utilizado por más de un centenar de investigadores. Entre los usuarios, no sólo científicos y estudiantes de NAOJ, sino también de otras universidades e instituciones de Japón, así como investigadores japoneses en el extranjero, que pueden acceder de forma remota al sistema.

Mayor realismo

La máquina es capaz de ejecutar multitud de simulaciones, desde la formación de los planetas, el nacimiento y muerte de las estrellas, la actividad del Sol, la evolución de los agujeros negros, la formación de galaxias y cúmulos, o la estructura a gran escala del Universo. Fenómenos como la simulación de supernovas y la fusión de estrellas binarias resultaba bastante complicada hasta ahora por la gran potencia de cálculo necesaria, pero el nuevo Aterui conseguirá simulaciones más realistas.

Igualmente podrá seguir con mayor precisión el movimiento de partículas como las estrellas y fluidos como el gas interestelar o el plasma. Por otra parte, una mayor resolución espacial afina la proporción de los objetos celestes y la estructura del Universo. Así, una simulación con el renovado superordenador puede proporcionar diferentes visiones del Universo, desde la estructura a gran escala hasta la escala de las galaxias individuales.

El profesor Eiichiro Kokubo, director de proyectos del CfCA, señala que las supercomputadoras para investigaciones astronómicas se pueden considerar “telescopios para la astronomía teórica”, pues ilustran fenómenos astrofísicos que los telescopios convencionales no alcanzan a ver. “Utilizando el nuevo Aterui se conseguirán simulaciones más realistas que revelarán una visión del universo hasta ahora desconocida", destaca.

Con su renovación el equipo consigue además ascender del puesto 90 al 63 en la última lista de las 500 supercomputadores más rápidas del mundo, publicada por la organización Top500.org. El sistema Tianhe-2, de China, ocupó el primer lugar por segundo año consecutivo, mientras el segundo lugar fue para Titan, un HPC estadounidense fabricado también por la empresa Cray. El podio lo completa otro supercomputador de Estados Unidos, el Sequoia, de IBM.