La investigació científica tradicional ha seguit el mateix procés: es parteix d'una teoria i s'experimenta sobre ella. Si els resultats són inesperats, en canvia la idea de partida i es torna de nou a planificar una fase de proves per ratificar o rebutjar la nova hipòtesi. "Fa aproximadament 20 anys, un grup d'investigadors va veure que el paradigma estava canviant", explica el director associat del Barcelona Supercomputing Center-Centre Nacional de Supercomputació (BSC-CNS), Pep Martorell, en una sessió organitzada pel Cercle Tecnològic, "en aquests salts no lineals per canviar o evolucionar la teoria, va sorgir un nou instrument: la supercomputació, que permet escalar simulacions com mai es podrà escalar experimentació en un laboratori". El centre va ser creat el 2005 amb inversió del Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats del govern espanyol (60%), el Departament d'Economia i Coneixement de la Generalitat (30%) i la Universitat Politècnica de Catalunya (10%), i després de gairebé dues dècades, s'ha convertit en un dels cinc emplaçaments escollits a Europa per albergar els superordinadors capaços d'impulsar la recerca al continent. Aquesta elit, a casa nostra, és el MareNostrum 5, que es posarà en marxa a mitjan 2023.

Les instal·lacions donen feina a 800 persones, de les quals 600 són científics arreu del món. Només un 20% del potencial de supercomputació es destina a projectes iniciats a Catalunya, siguin públics o amb col·laboració privada, mentre que el 80% restant correspon a la investigació efectuada per científics de tota Europa. La màquina emprada actualment és el MareNostrum 4 i consta de 13,9 petaflops. "És un dels superordinadors més potents del món, però no ens és igual si som els primers o els cinquens dels rànquings perquè busquem maximitzar la diversitat d'arquitectures per als nostres usuaris", alerta Martorell, "volem ordinadors que resolguin problemes reals i que combinin diferents tecnologies per abastir diferents àmbits d'estudi".

El 80% de la capacitat del MareNostrum 4 es destina a la recerca d’altres investigadors connectats en la xarxa de supercomputadors europeus

El pròxim supercomputador tindrà una potència mitjana de 200 petaflops, amb puntes de rendiment que poden assolir els 314 petaflops. El MareNostrum 5 serà 25 vegades més potents, però també generarà un consum d'entre 10 i 12 vegades superior a l'actual, tal com apunta el director associat. Per tal de pal·liar-ne els efectes, el BSC ha tancat un acord amb la Comissió Europea per crear una infraestructura de producció d’energia renovable que alimenti el supercomputador. En paral·lel, l’entitat selecciona els proveïdors de hardware i software amb criteris de sostenibilitat: “Donem més puntuació a la tecnologia amb menys impacte ambiental. Els productors de xips han fet molta feina per reduir la petjada i això, juntament amb el fet de demanar que els sistemes de refrigeració siguin sostenibles, hem aconseguit que la despesa energètica de refredar les màquines vagi del 30% del cost total al 10%”.

Però no tot es basa en accions, sinó que Martorell recorda que el compromís amb el medi ambiental es troba també en la recerca: “Un dels usos imortants dels superordinadors és la simulació del planeta a llarg termini. Aquí hi ha una paradoxa: hem de fer una petita petjadad de carboni per saber cap a on va el planeta i actuar”.

L'estratègia d'Europa

El 2015, el llavors president de la Comissió Europea, Jean-Claude Juncker, va dissenyar un full de ruta per dotar el continent de sobirania tecnològica i portar-lo a liderar el món a través de la supercomputació. La proposta va ser centralitzar la compra de tecnologia per obtenir una bossa d'inversió prou gran per instal·lar un nombre determinat de punts de recerca a Europa. La hipòtesi deia que, si cada país continuava comprant ordinadors per si sol, no es podria fer front al potencial asiàtic; si feia una inversió conjunta, les possibilitats de competir es multiplicaven.

Amb aquesta estratègia, Barcelona va ser escollida per instal·lar-hi el MareNostrum 5. La seva posada en marxa en pocs mesos vindrà antecedida per l'inici de l'activitat dels superordinadors situats a Dinamarca i a Itàlia, i la precediran el d'Alemanya (2024) i el de França (2024-2025). "Així ens hem garantit aquí una inversió de 200 milions d'euros que hauria estat impossible sense un acord comú i la tria de Barcelona com una de les ciutats", remarca Martorell, qui recorda que la infraestructura del BSC és "el centre de supercomputació més gran d'Europa".

Un total de cinc superordinadors s’han de posar en marxa en el període de 2021 a 2025 a Europa

El potencial de la instal·lació li ha permès, a més a més, participar en la cursa per rebre l'adjudicació d'un dels sis futurs ordinadors quàntics de membres de la UE en un termini màxim de 18 mesos. Malgrat que es tracta d'una tecnologia incipient i en la qual, afirma el director associat, "cal molta recerca d'enginyeria de hardware i d'algoritmes", ja ha demostrat que pot obrir un gran front en la hibridació amb la supercomputació tradicional. "L'objectiu és generar molta investigació en la creació d'algoritmes perquè cada part la faci una màquina i identificar problemes que es puguin resoldre amb aquesta identificació", conclou.

Supercomputació en el dia a dia

Al sistema solar hi ha 154.000 asteroides que poden creuar l'òrbita de la Terra en qualsevol moment. Observar-los un a un és inviable, així que l'Agència Espacial Europea ha desenvolupat una tecnologia capaç de fer simulacions numèriques per predir els possibles impactes. "És una ajuda per als astrofísics, que han fotografiat el sistema solar i han generat petabytes de dades per ensenyar els algoritmes", detalla Martorell.

En el sector de la salut, la supercomputació està ajudant els biòlegs estructurals que estudien les proteïnes. "Determinen coses sobre el cos humà o el comportament dels fàrmacs, però no es poden mirar fàcilment perquè són minúscules, molt dinàmiques, cal congelar-les... és massa complex", comenta. La solució va venir de la mà de DeepMind, creada per Google, amb uns models matemàtics que poden simular com es plegarà una proteïna. Així, si fins al 2016 es treballaven amb tècniques computacionals que, apunta Martorell, podien predir el 40% dels casos, ara es treballa amb encerts del 90%. "Tenim sistemes amb algoritmes que resolen problemes sovint sense que tinguem clar com ho fan. No sempre és fàcil d'entendre el funcionament d'una xarxa neuronal", reconeix.

El sector agroalimentari o el retail també se'n poden beneficiar. Plantacions de raïm ja apliquen els resultats dels estudis que pronostiquen el canvi climàtic, les temperatures i les pluges per definir les millors zones per al cultiu de la fruita; mentre que aquesta mateixa informació pot ajudar a una botiga a planificar la fabricació i el canvi de productes a la venda.

Amb el suport del Departament de la Presidència de la Generalitat de Catalunya.