Cálculo Científico

February 13th, 2013

El Cálculo Científico es el área de la ciencia que se encarga del empleo de ordenadores especialmente potentes para la realización de tareas o la resolución de problemas numéricos. Cuando estos problemas requieren de herramientas u ordenadores muy potentes podemos hablar de Computación de Altas Prestaciones (HPC). Existen diferentes tipos de necesidades y podemos dividir el Cálculo Científico en 4 grandes áreas que no son necesariamente excluyentes entre ellas.

  • Supercomputación.

    La cúspide de la pirámide. Supone el uso muy especializado de recursos de computación. Un trabajo puede llegar a usar varios cientos o miles de CPUs lo que supone que las máquinas han de poseer y emplear eficazmente varios miles de procesadores, ídem para la memoria o uso de disco. Suele realizarse en instalaciones singulares como centros de supercomputación nacionales o internacionales.

  • Computación de altas prestaciones (High Performance Computing).

    Son problemas con grandes requerimientos de tiempo, memoria, disco, procesadores, etc. Se suelen requerir por tanto máquinas de cálculo de prestaciones superiores. Estos ya pueden realizarse en instalaciones generalmente especializadas pero asequibles a nivel más local.

  • HTC. Computación masiva (High Troughput Computing).

    Suele requerir procesar gran cantidad de trabajos, no necesariamente de requerimientos especiales, por lo que suele primar la necesidad de muchos procesadores.

  • Cálculos estándar. No requieren equipamiento muy específico pero se benefician de  la existencia de un servicio con un entorno adaptado al Cálculo Científico.

La supercomputación requiere de instalaciones singulares, en general, de carácter internacional. El HPC y el HTC se realiza en instalaciones menores que suelen satisfacer principalmente necesidades locales. No obstante, por razones seguramente históricas se sigue empleando el término supercomputación en situaciones que realmente se ajustan al HPC o HTC.

La naturaleza y origen de estos problemas investigados empleando cálculo científico es de lo más variada. Empleando un símil informático hace 20 años un ordenador era algo bastante exótico, pero en la actualidad ha colonizado todo dispositivo electrónico mínimamente complejo: teléfonos móviles, coches, cajas registradoras, equipos multimedia, etc todos poseen ordenadores más o menos aparentes. Así como la versatilidad del ordenador personal lo ha introducido en la actividad cotidiana, en la actualidad los ordenadores pueden ser utilizados por cualquier actividad científica e industrial (máquina herramienta, industria química, control ciudadano, logística de transporte, instrumental y visualización médica,etc y cada vez cuentan con más usuarios que explotan sus potencialidades. Dado que la I+D+i, especialmente la estratégica, se mueve en los límites del conocimiento, es usual el empleo de superordenadores para posibilitar y mejorar la investigación al más alto nivel en cualquier área.

La supercomputación, o HPC y HTC, está muy extendida en el ámbito de la investigación y es parte esencial de la ciencia, a la que siempre ha ido ligada. No obstante, su uso se está generalizando a todas las áreas y, en especial, en sus grandes retos. En los proyectos industriales el empleo de superordenadores
está normalmente ligado al desarrollo de productos de alto valor añadido.

Algunas de las características de la supercomputación son las siguientes:

  • Multidisciplinaridad.

    Los ordenadores permiten resolver problemas matemáticos, almacenar y procesar grandes cantidades de datos. Esto le dota de aplicabilidad en cualquier área de la ciencia o la técnica: medicina, física, química, farmacología, biología, geología, mecánica, ingeniería civil, climatología, aeronáutica, dinámica de fluidos,\ldots

  • Dinamismo.

    La rápida evolución de las tecnologías en el marco de la informática hace que el dicho “renovarse o morir” se quede corto. Una correcta estrategia de renovación de los recursos y conocimientos es fundamental para mantener el nivel:  “ \emph {hace falta correr todo cuanto una pueda para permanecer en el mismo  sitio. Si se quiere llegar a otra parte hay que correr por lo menos dos  veces más rápido (Alicia a través del espejo, Lewis Carrol)}”.

  • Complejidad.

    Aunque un ordenador es muy común hoy en día hemos de salvar las distancias con un superordenador. Éste es una máquina puntera, que requiere una infraestructura adecuada, una configuración específica y unos conocimientos concretos para poder explotar su potencia. La multidisciplinaridad indicada anteriormente lo dota de gran complejidad al tener que adaptarse de forma eficiente a un gran espectro de usuarios y  aplicaciones.

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