MareNostrum

MareNostrum és el nom genèric que el Barcelona Supercomputing Center - Centro Nacional de Supercomputación (BSC) dona al seu superordinador més emblemàtic i que tradicionalment és el més potent a Espanya i ocupa llocs destacats al rànquing internacional de supercomputadors Top500. Fins al moment, s'hi han instal·lat quatre versions de MareNostrum 1, 2, 3 i 4. La millor posició al Top500 va ser amb MareNostrum 1 el novembre de 2004.

MareNostrum està disponible per als científics d'Europa. Per poder fer ús de les seves hores de càlcul, els investigadors han de presentar una petició a la Red Española de Supercomputación (RES) o a PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe).
El primer MareNostrum va començar a funcionar a principis de 2005 i s'ha anat ampliant notablement, tot substituint processadors originals per processadors a 2,3GHz i duplicant-ne el nombre. Més tard es van canviar per processadors Intel. El 2013, la capacitat de càlcul del superordinador va assolir els 1.100 bilions d'operacions per segons (1,1 petaflops). Amb 48.896 procesadores Intel Xeon de 64 bits a 2,6 GHz disposava d'un total de 2 petabytes de capacitat d'emmagatzematge i 95,5 terabytes de memòria. Com a sistema operatiu feia servir la distribució SuSe de Linux. Al 2017 es va posar en marxa la quarta actualització (13,9 petaflops), que combina clústers basats en processadors Intel Xeon Platinum amb clústers de tecnologies emergents.

MareNostrum es va posar en marxa el 12 d'abril de 2005, presentat per l'empresa IBM i la ministra espanyola d'Educació i Ciència, María Jesús San Segundo. Des d'aleshores s'utilitza en la recerca del genoma humà, el canvi climàtic, en l'estudi de les ones gravitacionals, en el disseny de nous fàrmacs i en simulacions sobre la producció d'energia de fusió, entre altres. El seu ús està disponible per a la comunitat científica nacional i internacional, controlada per un comitè d'accés, qui s'encarrega d'assignar temps de còmput en funció de la vàlua dels projectes.

Mare Nostrum ('el nostre mar' en llatí) és el nom que feien els romans per referir-se a la mar Mediterrània. Va ser triat no només pel lloc sinó també per representar la gran potència d'aquest recurs informàtic.

Història 
MareNostrum 1 va ser construït en dos mesos al Centre Tècnic d'IBM a San Fernando de Henares (Madrid). Després de fer les proves i executar el test LINPACK per a la seva inclusió al TOP500 es va traslladar posteriorment al BSC, on s'han anat instal·lant les posteriors versions del supercomputador. L'ordinador és a l'interior d'una antiga capella, ja dessacralitzada, construïda a principis del segle XX al Campus Nord de la Universitat Politècnica de Catalunya. Es troba a l'interior d'un cub de vidre de 9x18x5 metres construït amb més de 19 tones de vidre i 26 de ferro. El supercomputador ocupa una superfície de 180 metres quadrats.

MareNostrum 1 
En la primera versió, MareNostrum comptava amb 2.282 nodes de computació JS20 i disposava de 4.564 processadors. A cada node JS20 hi havia dos processadors mononucli PowerPC 970FX compartint 4 GB de memòria, donant un total de 9.128 GiB de memòria principal. Cada node individual disposava també de 40 GB d'emmagatzematge a més de 128 TB d'emmagatzematge en xarxa. Aquests nodes estaven repartits en 163 armaris (IBM els anomena BladeCenters) tenint cada armari 14 d'aquests blades.

Quan es va posar en marxa de forma definitiva es va mesurar de nou el seu rendiment i va obtenir el total de 27,91 gigaflops, superant així els 20,53 gigaflops obtinguts en proves durant la construcció.

MareNostrum 2 
L'any 2006 es va ampliar, superant per poc més del doble la seva capacitat de càlcul original. Els 4.812 processadors mononucli van ser substituïts per 5.120 processadors de doble nucli distribuïts en diversos nodes JS21 augmentant la capacitat de càlcul fins als 63,83 teraflops. La memòria es va augmentar fins als 20 TB i l'emmagatzemament extern fins als 390 TB. Els processadors antics es van utilitzar per ampliar el supercomputador Magerit del CesViMa i crear una xarxa de supercomputadors distribuïts per tot l'Estat. MareNostrum es va convertir, aleshores, en el major node de la Red Española de Supercomputación.

MareNostrum 3 
El novembre de 2012 MareNostrum va protagonitzar la tercera actualització, esdevenint 25 vegades més potent que el primer MareNostrum. Comptava amb prop de 50.000 processadors sumant un total d'1,1 petaflops.

MareNostrum 3 utilitzava nodes BladeCenter JS20 amb processadors duals IBM PowerPC 970FX de 64 bits a 2.2 GHz i es basava en el sistema operatiu Linux. El superordinador tenia una capacitat de càlcul de 62,63 teraflops amb punts de 94,208 teraflops.

El sistema comptava amb 20 terabytes de memòria d'accés aleatori (RAM), 280 terabytes de disc i 10.280 processadors.

Els processadors de l'ordinador tenien una arquitectura de 64 bits. Els nodes es comunicaven entre si a través d'una xarxa Myrinet de gran amplada de banda i baixa latència.

Físicament es localitzava a l'interior de l'antiga capella de la Torre Girona, al campus de la UPC de Barcelona, dins d'un prisma de cristall de 9 x 18 x 5 metres, ocupava una instal·lació de 120 m² i pesa 40.000 kg.

MareNostrum 4 
Té dues parts diferenciades: un bloc de propòsit general i un de tecnologies emergents. A banda, té cinc racks d'emmagatzematge amb capacitat per arxivar 14 petabytes (14 milions de gigabytes) de dades. Tots els components estan interconnectats mitjançant una xarxa d'alta velocitat Omnipath. El bloc de propòsit general té 48 racks amb 3.456 nodes. Cada node té dos xips Intel Xeon Platinum, amb 24 nuclis cada un, la qual cosa suma un total de 165.888 nuclis i una memòria central de 390 terabytes. La seva potència pic és d'11,15 petaflops. Tot i que la seva potència és deu vegades superior a la de MareNostrum 3, el consum energètic només ha augmentat un 30% i ha passat a ser d'1,3 MWatt/any.

El bloc de tecnologies emergents està format per clústers de tres tecnologies diferents. El primer és el clúster constituït per processadors IBM POWER9 i GPUs NVIDIA Volta, amb una potència de càlcul superior a 1,5 petaflops. El segon està format per processadors AMD Rome i AMD Radeon Instinct MI50, amb una potència de càlcul de 0,52 petaflops. El tercer conté processadors ARMv8 i la seva capacitat de càlcul pot assolir els 0,65 petaflops.

MareNostrum 4 ha estat denominat el superordinador més divers del món gràcies a la seva arquitectura heterogènia.

MareNostrum 5 
El juliol de 2019, l'EuroHPC Joint Undertaking va seleccionar el Barcelona Supercomputing Center com una de les institucions que allotjaran un superordinador pre-exascala de la xarxa de supercomputadors d'alta capacitat promoguda per la Comissió Europea. Es preveu que MareNostrum 5 entri en marxa a l'abril de 2021 i que inclogui una plataforma experimental dedicada al testeig i desenvolupament de tecnologies de supercomputació europees.

El juny de 2022 s'adjudica el contracte del supercomputador MareNostrum 5, que serà accessible el 2023. Tindrà capacitat per processar almenys 205 Petaflops, cosa que el situarà entre els cinc primers supercomputadors del món. Aquest contracte suposa una inversió superior als 151 milions d'euros per adquirir i mantenir el sistema.

Àrees d'investigació 
El supercomputador MareNostrum III s'utilitza per moltes àrees d'investigació que van des de la predicció del canvi climàtic fins a la biomecànica o l'anàlisi de Big Data.

Composició atmosfèrica 
Alguns dels projectes són aquells que permeten investigar sobre la qualitat de l'aire i com desenvolupar models de qualitat de l'aire com eines que permetin identificar les fonts i processos que determinen la qualitat de l'aire i predir els episodis de contaminació. Existeix un altre projecte que investiga els aerosols i com aquests interactuen amb el sistema atmosfèric dispersant i absorbint la radiació solar. Un altre projecte dels molts que són en aquest apartat serien aquells que investiguen les ciutat intel·ligents i la optimització del transport i la salut de la humanitat.

Dades massives 
Aquesta línia d'investigació té, entre molts altres projectes, un que estudia la interacció de les persones amb les computadores i un altre que tracta de crear eines visuals i algorítmiques per analitzar i estudiar grans volums de dades.

Bioinformàtica 
La integració, emmagatzematge i transmissió de gran volum de dades clíniques i dades de simulacions és un dels principals projectes. Des del vessant de la bioinformàtica, el BSC és un exemple de com la bioinformàtica i els superordinadors són avui dia una eina indispensable dels centres de recerca que compten amb laboratoris experimentals per accelerar el combat del coronavirus. La bioinformàtica s'utilitza per a la investigació sobre el virus i els seus possibles tractaments, analitzant el genoma del coronavirus i les seves successives mutacions, i per a la recerca de fàrmacs i teràpies immunitàries (anticossos i vacunes).

Biomecànica 
Simulacions del sistema cardiovascular o del sistema respiratori són els dos projectes que segueixen aquesta línia d'investigació.

Predicció climàtica 
Serveis per la gestió de l'agricultura i l'aigua, el pronòstic oceànic, l'estudi dels ciclons tropicals o l'estudi de on és més eficient instal·lar un molí de vent són alguns dels projectes que s'estudien al BSC.

Computació al núvol 
Informàtica energètica i la optimització dels centres de dades són els dos projectes que hi ha actualment.

Educació 
Analitzen, entre altres coses, les millors pràctiques relacionades amb l'educació.

Simulació d'enginyeria 
La reducció de les emissions contaminants, el disseny de medicaments o ajudar a la computació de la mecànica de fluids entre d'altres projectes.

Geofísica 
Projectes que tracten de simular terratrèmols, detectar la presencia de fluids a grans profunditats sota la superfície de la Terra o analitzar les propietats de la superfície de la Terra.

Simulació social 
Estudien l'evolució cultural, la eficiència energètica o la seguretat publica per tenir ciutats intel·ligents i resistents, o l'estudi de grups d'humans són alguns dels projectes relacionats amb la simulació social.

Galeria d'imatges

Referències

Enllaços externs 
 Centre de supercomputació de Barcelona  
 Llista dels 500 ordinadors més potents del món 
 Nota de premsa d'IBM en referència a Mare Nostrum 
 Universitat Politècnica de Catalunya

Ordinadors
IBM
Universitat Politècnica de Catalunya