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En la medida que los supercomputadores se acercan a un hito, los servicios en nube corren para alcanzarlos

Gracias a la computación de alto desempeño en nubes públicas, las empresas logran acceder a niveles de potencia computacional que antes estaban limitados a los supercomputadores.

Por Aaron Ricadela*

En el Laboratorio Nacional de Oak Ridge del Departamento de Energía en Tennessee, los científicos de la empresa BERG de biotecnología de Massachusetts están usando el supercomputador Summit del laboratorio, el segundo más rápido del mundo, para analizar compuestos de medicamentos que podrían prevenir infecciones causadas por COVID-19. En un experimento por separado, los investigadores de Oak Ridge analizaron las células del fluido pulmonar de los pacientes con la máquina para entender cómo el sistema de reducción da presión arterial del cuerpo puede acelerar el progreso de la enfermedad.

En 2020, el Laboratorio Nacional Argonne, cerca de Chicago, que también forma parte de la red de supercomputación del Departamento de Energía, entrenó a un modelo de inteligencia artificial (IA) para prever rápidamente cómo las moléculas se unirán a las proteínas del coronavirus, ayudando en la búsqueda de medicamentos que puedan inhibir el proceso. El sistema puede almacenar una red neural completa en un chip de Cerebras Systems que tiene el tamaño de un plato, acelerando el análisis al permitir caminos extremadamente cortos entre los circuitos en el chip. Las previsiones basadas en IA brindan puntos de partida para las futuras investigaciones de los químicos.

"Hoy, la ciencia está conducida por la simulación, y la simulación se ejecuta en computadores de alto desempeño. Eso permite que los científicos ejecuten actividades que no podrían realizar de otra manera. Hoy, la IA causa el mismo tipo de impacto", dijo Jack Dongarra, investigador renombrado de Oak Ridge y uno de los curadores de la lista semestral de supercomputadores TOP500, actualizada el 16 de noviembre para presentar las máquinas más rápidas del mundo.

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Gracia a la computación de alto desempeño (HPC) en nubes públicas, un número mayor de empresas e investigadores está accediendo a niveles de potencia computacional que antes estaban limitados a los supercomputadores. Aunque los sistemas TOP500 ofrezcan un alto nivel de capacidad, ahora las empresas pueden ejecutar cargas de trabajo y simulaciones de IA que consumen cada vez más potencia en HPC en la nube.

Fábricas de automóviles, empresas agrícolas, de energía entre otras se están uniendo a servicios de nube pública de empresas de tecnología, incluso de Oracle, para simular accidentes de automóvil, estimar condiciones climáticas globales y capacitar a las redes neurales de las cuales los sistemas de machine learning dependen para realizar sus previsiones. La reducción de los ciclos de proyecto y la identificación de eventos climáticos extremos son fundamentales en el momento actual, caracterizado por la presión que los fabricantes de automóviles sufren para migrar a vehículos eléctricos y por el aumento de la fuerza de huracanes e incendios forestales. El trabajo requiere amplio movimiento de datos entre los procesadores y eso representa un avance respecto al principio de las aplicaciones en nube de alto desempeño, cuya ejecución ocurría en paralelo.

"Definitivamente, lo que veo es el movimiento de cargas de trabajo muy vinculadas a la nube. Eso ha sido el tema de la mayor parte de nuestras conversaciones", dijo Karan Batta, vicepresidente de estrategia y gestión de productos en Oracle, durante un panel de discusión en la conferencia virtual de supercomputación SC20 de esta semana.

El sobrepase de las barreras de desempeño
De acuerdo con datos divulgados esta semana por Hyperion Research, la previsión es que el mercado global de servicios, software y hardware de computación de alto desempeño registre un aumento del 6,2% por año, contado del año pasado hasta el 2024, recuperándose de una recesión impulsada por el coronavirus el 2020. El mayor crecimiento es resultado de la computación de alto desempeño basada en nube, que aumentó casi un 59% el año pasado, totalizando US$ 3,9 mil millones.

Hyperion estima que las ventas de servicios de nube de HPC totalizarán US$ 8,8 mil millones hasta el 2024, momento en el cual las nubes públicas representarían casi un cuarto del mercado de US$ 37,7 mil millones de la computación de alto desempeño. "Veo un gran crecimiento", afirmó Dongarra, del Laboratorio Nacional de Oak Ridge.
Mientras tanto, los supercomputadores más rápidos del mundo en los centros de investigación nacionales en EE.UU., Europa y China están avanzando hacia un hito de desempeño: un exaflop, o un quintillón de operaciones decimales de punto flotante por segundo. El laboratorio de Oak Ridge de Tennessee está por ser el primero en EE.UU. en sobrepasar la barrera el próximo año con un sistema denominado Frontier, con un desempeño esperado de 1,5 exaflop. China también está en la disputa para obtener el exascale primero, con tres competidores.

El nuevo ranking de las máquinas más rápidas del mundo presentó a Fugaku de Japón ocupando su primer lugar con 442 petaflops de desempeño (aproximadamente tres veces más rápida que Summit de Oak Ridge, que ocupa el segundo lugar). Nuevos sistemas en Alemania y Arabia Saudita también figuraron en la lista de las 10 principales máquinas.

Europa está trabajando para crear una máquina exascale hasta el 2023. En septiembre, la Comisión Europea propuso 8 mil millones de euros (US$ 9,4 mil millones) de financiación para la creación de supercomputadores hasta el 2033, un aumento substancial del presupuesto. El próximo año, el supercomputador LUMI compartido de la UE, con desempeño previsto de más de 500 petaflops, está programado para ponerse en marcha en IT Center for Science de Finlandia. Aplicará técnicas de análisis de datos e IA al modelado climático, a la medicina, a los vehículos autónomos y a otros campos.

El poder de las nubes públicas

Las nubes públicas permiten que ingenieros y científicos apliquen arquitecturas avanzadas de chips y otras tecnologías a sus problemas sin una gran inversión de capital en hardware. Los servicios permiten también que los investigadores eviten permanecer esperando en una fila por recursos limitados de HPC on-premises. "Ese es uno de los grandes atractivos de la computación en nube; es como un supermercado en el cual encuentras lo que necesitas para tu trabajo", dijo Steve Conway, consultor sénior de Hyperion Research.

Los proveedores de nube están incluyendo redes de alta velocidad para dar soporte a las actuales cargas de trabajo con uso intenso de IA. El trabajo de computación muy unido de IA exige transferencia de datos frecuente, en comparación con los trabajos altamente paralelos en los servicios financieros y en el área de ciencias de la vida que fueron los primeros a migrar a entornos online.

De hecho, la nube no eliminará tan temprano la necesidad de supercomputadores en las agencias nacionales de investigaciones. Algunas organizaciones todavía desean que sus datos permanezcan en el local por seguridad o por otros motivos.

Los investigadores que ejecutan cálculos intensos en un único proyecto por cortos periodos probablemente no optarían por la nube, comentó Steve Wallach, diseñador de supercomputadores experimentado que, actualmente, es uno de los consultores del Laboratorio Nacional de Los Alamos y del Centro de supercomputación de Barcelona. "Algunas aplicaciones de computación de alto desempeño pueden consumir un supercomputador por un mes o más", comentó. "Gran parte de la HPC se diseñó para respaldar una misión en una organización. No fue diseñada para 1.000 usuarios de time-sharing, o tiempo compartido."

Sin embargo, de acuerdo con Conway, consultor de Hyperion, el crecimiento de HPC en la nube expandió el mercado, en vez de trabajar con sistemas on-premises. "Esos dos entornos son más parecidos que lo que eran hace tres o cuatro años."

*Aaron Ricadela es director sénior de Oracle

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