Frontier, la supercomputadora más rápida del mundo, está ubicada en el Laboratorio Nacional Estadounidense de Oak Ridge, en Tennessee. Esta maravilla tecnológica, con casi 50 000 procesadores, fue la primera en superar la barrera de exaescala, pudiendo realizar 1018 operaciones por segundo. Frontier lleva sus límites al máximo diariamente, consumiendo 27 megavatios de electricidad, lo que equivale a la requerida por 10 000 hogares. Sin embargo, su velocidad y tamaño no son sus principales objetivos; Frontier fue construida para avanzar en el conocimiento humano. Ayuda a los científicos a crear modelos y simulaciones que abarcan desde partículas subatómicas hasta galaxias, permitiendo investigaciones pioneras en campos tan diversos como la ciencia climática, el desarrollo de fármacos y la inteligencia artificial (IA).
Simulación de sistemas complejos
El atributo más valioso de Frontier es su capacidad para simular sistemas complejos con alta precisión. Por ejemplo, los científicos pueden modelar los efectos de diminutas gotas de nubes sobre el clima global, diseñar nuevos motores de aviones o desarrollar modelos de lenguaje abiertos que compitan con herramientas de IA de gigantes tecnológicos como Google y OpenAI. Investigadores de todo el mundo, provenientes de 18 países, confían en Frontier para llevar a cabo sus estudios. Se espera que en 2024, Oak Ridge haya producido más de 500 artículos científicos basados en el trabajo realizado en Frontier.
Cantidades masivas de datos
Los componentes físicos de Frontier ocupan una sala del tamaño de un almacén llena de bastidores negros que contienen 9408 nodos. Cada nodo, impulsado por unidades de procesamiento gráfico (UPG) y unidades de procesamiento central, trabaja en conjunto para procesar cantidades masivas de datos. Las UPG, inicialmente diseñadas para videojuegos, son el pilar del poder computacional de Frontier. Aunque limitadas en versatilidad, son ideales para cálculos repetitivos, lo que las convierte en componentes esenciales para las necesidades de la supercomputadora.
Asignación de tiempo competitiva
Sin embargo, usar Frontier no es tarea fácil. Los investigadores deben adaptar su código para maximizar las capacidades de la máquina, algo similar a aprender a conducir un coche de Fórmula Uno. La asignación de tiempo en Frontier es competitiva, con solo una de cada cuatro propuestas de proyectos aprobadas. Los proyectos exitosos obtienen acceso a recursos de computación incomparables, lo que permite a los científicos ejecutar modelos a escalas que serían impracticables en otras máquinas. El enorme poder de Frontier la hace particularmente adecuada para tareas que requieren simulaciones de alta resolución en diversas escalas temporales y espaciales.
Predicción del movimiento de las nubes
En mayo, Frontier se utilizó para simular una gota de agua que contenía 155 mil millones de moléculas, una simulación que lleva al límite lo que las supercomputadoras pueden lograr. El poder computacional de Frontier también mejora la investigación climática. Ahora, los científicos pueden ejecutar modelos climáticos con mayor resolución, incluyendo el movimiento detallado de las nubes, lo que produce pronósticos más precisos para las próximas décadas. Esta precisión es esencial para las predicciones climáticas y meteorológicas a largo plazo, cada vez más relevantes frente al calentamiento global.
Evolución de las galaxias
Frontier también ha logrado avances significativos en astrofísica. Por ejemplo, los astrofísicos están utilizando la máquina para estudiar la evolución de las galaxias. Anteriormente, los científicos solo podían modelar galaxias enanas con precisión similar, pero Frontier les permite simular galaxias enteras. Incluso ayuda a los investigadores a comprender mejor los efectos de las supernovas en la formación de estrellas al modelar con precisión los gases calientes involucrados.
ChatGPT
Los investigadores de IA también han acudido en masa a Frontier debido a sus 38000 UPG, que la convierten en una herramienta poderosa para entrenar redes neuronales como el modelo transformador que sustenta ChatGPT. En una industria dominada por gigantes tecnológicos, Frontier ofrece un recurso invaluable para los investigadores académicos. Las grandes inversiones de la industria en IA han ampliado la brecha entre la academia y las corporaciones privadas. Al proporcionar acceso a supercomputación de forma gratuita, siempre que se publiquen los resultados, Frontier nivela el campo de juego para los investigadores que carecen del respaldo financiero de grandes empresas tecnológicas.
Democratización de la investigación
Más allá de la velocidad pura, Frontier desempeña un papel crucial en la democratización de la investigación en IA. Al permitir que los académicos creen modelos de código abierto, Frontier contribuye a que la tecnología de vanguardia sea más accesible. Por ejemplo, los investigadores están desarrollando modelos de IA que son de libre acceso para el público, asegurando que los beneficios de la IA no se limiten únicamente a los intereses comerciales.
Futuros competidores: Aurora y El Capitán
A pesar de su dominio, Frontier pronto tendrá competidores. Varias supercomputadoras están programadas para superar su velocidad, incluidas Aurora en Illinois y El Capitán en California, que se espera entren en funcionamiento en un futuro cercano. Además, las tensiones geopolíticas, particularmente entre Estados Unidos y China, complican la carrera de la supercomputación. Ambos países probablemente poseen supercomputadoras secretas no incluidas en las listas públicas como la TOP500. China, que alguna vez superó a EE UU en el número de supercomputadoras listadas, ha reducido el número de máquinas divulgadas públicamente en los últimos años.
Discovery, el sucesor
El sucesor de Frontier, llamado Discovery, ya está en proceso de planificación y probablemente tendrá de tres a cinco veces la potencia de cálculo de su predecesor. Sin embargo, construir supercomputadoras más rápidas presenta desafíos continuos, especialmente en cuanto al consumo de energía. Frontier ya es más eficiente energéticamente que su predecesora, Summit, pero las futuras máquinas requerirán avances aún mayores en eficiencia.
Al final del día en Oak Ridge, un pequeño equipo supervisa a Frontier para garantizar que funcione sin problemas durante toda la noche. La máquina continúa trabajando incansablemente, realizando cálculos que expanden los límites de la ciencia y ayudando a investigadores de todo el mundo a abordar los problemas más complejos que enfrenta la humanidad en la actualidad.
Adaptación resumida de A day in the life of the world’s fastest supercomputer (Sophia Chen, Nature)
