El superordenador Frontier establece un nuevo estándar en simulación molecular
Un equipo de científicos e ingenieros han llevado al superordenador Frontier un paso más allá al simular un sistema de casi medio billón de átomos, el sistema más grande jamás modelado y más de 400 veces el tamaño de la competencia más cercana.
El superordenador Frontier ha alcanzado un nuevo hito.
El equipo, ubicado en el Laboratorio Nacional Oak Ridge del Departamento de Energía, estableció en 2022 un techo en rendimiento al ser el primer sistema exaescala de la historia en realizar más de 1 quintillón de cálculos por segundo.
Ahora, un equipo de científicos e ingenieros han llevado al superordenador Frontier un paso más allá al simular un sistema de casi medio billón de átomos, el sistema más grande jamás modelado y más de 400 veces el tamaño de la competencia más cercana.
Lo más llamativo es que, cuando los científicos quisieron llevan al límite al equipo, descubrieron que esos límites iban mucho más allá de sus expectativas.
Cuando los científicos llevaron al límite al superordenador más rápido del mundo, descubrieron que esos límites se extendían más allá de sus mayores expectativas.
"Es como probar un coche con un velocímetro que marca 120 millas por hora, pero al pisar el acelerador descubres que pasa de 200," explica Nick Hagerty, ingeniero de computación de alto rendimiento de la Instalación de Computación de Liderazgo de Oak Ridge de ORNL, que alberga a Frontier en declaraciones a Techxplore.
"Nadie ejecuta simulaciones a esta escala porque nadie lo había intentado. No sabíamos que podíamos llegar tan lejos", continúa.
Sin lugar a dudas, son resultados asombrosos y muy prometedores para estudios científicos a una escala y nivel de detalle nunca antes vistos y, como es lógico, supone una posible puerta de entrada a nuevos conocimientos en todo el espectro científico.
"Nadie en la Tierra ha hecho algo remotamente cercano a esto antes," asegura Dilip Asthagiri, científico biomédico computacional senior de OLCF que ayudó a diseñar la prueba.
"Este descubrimiento nos acerca a la simulación de una versión simplificada de una célula biológica, la llamada célula mínima, que tiene los componentes esenciales para habilitar los procesos básicos de la vida", explica.
Como ya te he comentado, lo más curioso de todo es que parece que lo han descubierto casi por accidente. Hagery y su equipo tenían la intención de llevar a Frontier al máximo para así establecer criterios para su sucesor, todavía en desarrollo, pero se dieron cuenta de que el máximo que tenían en mente estaba lejos del máximo real de Frontier.
El equipo utilizó Frontier con el módulo de software de Simulador Masivamente Paralelo de Átomos y Moléculas a Gran Escala, o LAMMPS, para simular un sistema de moléculas de agua a temperatura ambiente a nivel atómico, aumentando gradualmente el número de átomos.
"El agua es un gran caso de prueba para una máquina como Frontier porque cualquier investigador que estudie un sistema biológico a nivel atómico probablemente necesitará simular agua," cuenta Hagerty. "Queríamos ver qué tan grande podría manejar Frontier un sistema y qué limitaciones se encuentran a esta escala."
"Como uno de los primeros esfuerzos de referencia para usar más de mil millones de átomos con interacciones de largo alcance, periódicamente encontrábamos errores en el código fuente de LAMMPS. Trabajamos con los desarrolladores de LAMMPS, que estaban muy comprometidos y fueron receptivos, para resolver esos errores, y esto fue crucial para nuestro éxito de escalado."
Frontier aborda problemas complejos a través del paralelismo, lo que significa que el superordenador divide la carga de trabajo computacional entre sus 9.408 nodos, cada uno de los cuales es una computadora autónoma capaz de realizar alrededor de 200 billones de cálculos por segundo.
Con cada aumento en el tamaño del problema, la simulación exigía más memoria y potencia de procesamiento, pero Frontier nunca titubeó.
"No estamos hablando de una simulación grande solo en términos de tamaño físico," asegura Asthagiri.
"Después de todo, mil millones de moléculas de agua cabrían en un cubo con bordes más pequeños que un micrómetro (una millonésima de metro). Estamos hablando de grande en términos de complejidad y detalle", explica.
"Estos millones y eventualmente miles de millones y cientos de miles de millones de átomos interactúan entre sí, sin importar cuán lejos estén. Estas interacciones de largo alcance aumentan significativamente con cada molécula que se añade. Esta es la primera simulación de este tipo a este tamaño", sentencia.
La simulación finalmente creció a más de 155 mil millones de moléculas de agua, un total de 466 mil millones de átomos, en más de 9.200 de los nodos de Frontier. El superordenador siguió procesando los números, incluso con el 95% de su memoria llena.
"Pudimos haber llegado incluso más alto," asegura Hagerty. "El siguiente nivel hubiera sido 600 mil millones de átomos, y eso habría consumido el 99% de la memoria de Frontier. Nos detuvimos porque ya estábamos muy por encima de un tamaño que alguien haya alcanzado para realizar cualquier ciencia significativa".
Una capacidad de detalle que ofrece la posibilidad de realizar estudios mucho más complejos. Algo que "cambia las reglas de juego", apostilla Asthagiri. "Ahora tenemos una forma de modelar estos sistemas complejos y sus interacciones de largo alcance a tamaños extremadamente grandes y tenemos la esperanza de ver fenómenos emergentes".
"Por ejemplo, con este poder de computación, podríamos simular componentes subcelulares y eventualmente la célula mínima en detalle atómico. A partir de tales exploraciones, podríamos aprender sobre el comportamiento espacial y temporal de estas estructuras celulares que son básicas para la vida humana, animal y vegetal, tal como la conocemos", revela.
"Este tipo de oportunidad es para lo que una máquina exaescala como Frontier está diseñada", culmina.