Acelerando la ciencia a 314.000 billones de operaciones por segundo

¡°A la calle de Roger de Ll¨²ria n¨²mero tal, por favor¡±. El taxista, de origen paquistan¨ª, le dice la direcci¨®n a su tel¨¦fono y el tel¨¦fono lo manda a una calle de Estados Unidos. Repite la direcci¨®n. Lo manda a Asia. Lo intenta el cliente, de origen gallego, y el aparato los dirige a Roger de Ll¨²ria n¨²mero tal.

Al d¨ªa siguiente la an¨¦cdota sirve de ejemplo de uno de los retos que debe afrontar un sistema de inteligencia artificial ideado para que las personas hablen con las m¨¢quinas: ¡°Tiene que ser lo suficientemente robusto para entender al hablante no nativo¡±, afirma Marta Villegas, en una sala del Barcelona Supercomputing Center (BSC) ¨C Centro Nacional de Supercomputaci¨®n. Es col¨ªder de la Unidad de Miner¨ªa de Texto, que se dedica a la tecnolog¨ªa del lenguaje. El a?o pasado pusieron en marcha el proyecto MarIA, el primer modelo masivo de inteligencia artificial de la lengua espa?ola de acceso abierto, alimentado con una base de datos ¡ªprovista por la Biblioteca Nacional¡ª con 135.000 millones de palabras. ¡°Nuestro cometido es obtener datos suficientes y entrenar modelos que sirvan como infraestructura base para que la industria cree aplicaciones¡±, explica. MarIA est¨¢ a disposici¨®n de cient¨ªficos y empresas que quieran servicios de lenguaje en espa?ol y reducir la brecha de recursos con respecto al ingl¨¦s. ¡°Ahora mismo puedes decirle a un tel¨¦fono: ¡®Quiero una mesa para cinco junto a la ventana; y uno es vegano¡¯ en ingl¨¦s, pero no en espa?ol¡±, ilustra. Para que un d¨ªa una empresa pueda plantearse hacer una aplicaci¨®n que permita dar esta orden en espa?ol es necesario que exista un lugar como el BSC, un consorcio p¨²blico creado entre el Gobierno de Espa?a, la Generalitat y la Universitat Polit¨¨cnica de Catalunya, con investigadores de ¨¦lite y un superordenador llamado MareNostrum 4. Para crear y entrenar a MarIA se ha requerido de una potencia de c¨¢lculo de 9,7 trillones de operaciones por segundo. MareNostrum 4 tiene una potencia m¨¢xima de 13.900 billones de operaciones por segundo. Pero el desarrollo cient¨ªfico-t¨¦cnico exige cada vez m¨¢s capacidad de c¨®mputo y en 2023 el BSC estrenar¨¢ el MareNostrum 5, que llegar¨¢ a 314.000 billones de operaciones por segundo. Otro salto de gigante del centro l¨ªder de la supercomputaci¨®n en Espa?a, consolidado como una referencia internacional en el revolucionario terreno donde se funden el an¨¢lisis de grandes cantidades de datos (big data) y la inteligencia artificial.

¡°Esto no es como una seta que haya salido de un d¨ªa para el otro¡±, dice Mateo Valero, director desde sus inicios del BSC, abierto en 2005 sobre los cimientos del Centro Europeo de Paralelismo de Barcelona, que tambi¨¦n fund¨® en 1991 este ingeniero en Telecomunicaciones galardonado con los premios m¨¢s selectos de la ingenier¨ªa computacional, facilitador en 1995 del pionero enfrentamiento entre el ordenador de IBM Deep Blue y el ajedrecista Miguel Illescas, aficionado a las rancheras e hincha entregado del F¨²tbol Club Barcelona.

Desde su despacho en la nueva sede corporativa del BSC, un edificio pulcro y moderno situado al pie de la sierra de Collserola, Valero divisa el Camp Nou y bromea: ¡°Si yo fuera el presidente, met¨ªa ah¨ª un superordenador¡±. Parece que incluso su pasi¨®n blaugrana se ve superada por su devoci¨®n por las computadoras: ¡°Yo he visto evolucionar a estos locos cacharros. Han cambiado la humanidad¡±. Si el paradigma cient¨ªfico-tecnol¨®gico es el credo de nuestro tiempo, una divertida representaci¨®n de ello es el emplazamiento del MareNostrum 4, que ocupa una capilla desacralizada: he ah¨ª esa bella infraestructura dentro de una caja de vidrio; esa gran matriz inform¨¢tica entre arcos, columnas y vitrales de la adoraci¨®n de los Reyes Magos y de la crucifixi¨®n.

La capilla est¨¢ conectada por una pasarela al nuevo edificio del BSC, en el que se encuentra la sala de 900 metros cuadrados que se est¨¢ acondicionando para recibir a MareNostrum 5. El ingeniero Miguel Armenta muestra el lugar, donde han instalado las m¨¢quinas de enfriamiento y los cuadros el¨¦ctricos, a falta de los racks (armarios inform¨¢ticos) que llenar¨¢n el espacio. La compra de esta m¨¢quina vale 151 millones de euros, financiada con fondos de la Comisi¨®n Europea (la mitad), del Gobierno espa?ol, de la Generalitat y de la Polit¨¨cnica. Por lo dem¨¢s, aun cuando MareNostrum 5 todav¨ªa no existe, Valero cuenta que ya est¨¢n pensando en el sexto, para el que aspiran a usar por primera vez microprocesadores dise?ados en Europa, en el BSC. En medio de la crisis por la carest¨ªa de estos componentes, en mayo se anunci¨® un acuerdo entre Intel y el BSC para que este centro albergue un laboratorio de dise?o de microchips, con una inversi¨®n entre el Gobierno espa?ol y la empresa estadounidense de 400 millones de euros en 10 a?os. ¡°Europa necesita ser aut¨®noma y tener acceso a la tecnolog¨ªa para llevar sus ideas a la pr¨¢ctica. Si dependes de otros pa¨ªses, eres vulnerable¡±, afirma Valero.

El BSC conduce con las luces largas. Tambi¨¦n tiene puesta la mirada en la computaci¨®n cu¨¢ntica. William Daniel Phillips, Nobel de F¨ªsica, ha dicho que supondr¨¢ un salto tecnol¨®gico comparable al que hubo entre el primario ¨¢baco y la inform¨¢tica actual. El a?o pasado ech¨® a rodar en el centro barcelon¨¦s el proyecto Quantum Spain, financiado por la Secretar¨ªa de Estado de Digitalizaci¨®n e Inteligencia Artificial y coordinado por la doctora Alba Cervera. En un respiro previo a una reuni¨®n, explica: ¡°Si queremos entender la naturaleza a escala microsc¨®pica ¡ª¨¢tomos, mol¨¦culas, luz¡ª, se queda corta la supercomputaci¨®n y necesitar¨ªamos recurrir a un ordenador cu¨¢ntico¡±. En el BSC se instalar¨¢ el primer computador de este tipo en Espa?a y en el sur de Europa y el objetivo es que sirva como instrumento de formaci¨®n para potenciales usuarios de esta tecnolog¨ªa y para la creaci¨®n de algoritmos cu¨¢nticos aplicables a necesidades p¨²blicas y empresariales. Valero subraya la intenci¨®n pedag¨®gica del proyecto. La vertiente pr¨¢ctica, advierte, es m¨¢s incierta: ¡°La computaci¨®n cu¨¢ntica a¨²n est¨¢ en su invierno polar. De momento la clave est¨¢ en los supercomputadores. Sin ellos no somos nada¡±.

Estos ordenadores son el eje sobre el que gira el corpus de investigaci¨®n de los m¨¢s de 600 cient¨ªficos del BSC, repartidos entre las ¨¢reas de Ciencias de la Computaci¨®n, Ciencias de la Vida, Ciencias de la Tierra y Aplicaciones Computacionales en Ciencia e Ingenier¨ªa. En 2021 el centro ejecut¨® un presupuesto de 47,2 millones de euros y gestion¨® m¨¢s de 250 proyectos de rango multidisciplinar amplio, desde la biomedicina a la proyecci¨®n urban¨ªstica, pasando por la predicci¨®n clim¨¢tica y la ¨¦tica en inteligencia artificial, entre otros.

Vestido con una camiseta de una peli de Hayao Miyazaki, el Kurosawa del anime, el inform¨¢tico Dar¨ªo Garc¨ªa, col¨ªder del Equipo de Inteligencia Artificial de Alto Rendimiento, habla del reto de darle ¡°un sentido fiable¡± a esta tecnolog¨ªa. La carrera por el mercado de la inteligencia artificial es vertiginosa y la encabezan grandes compa?¨ªas de Estados Unidos y China cuyos procedimientos son opacos. Esta falta de transparencia supone un problema serio porque los sistemas de inteligencia artificial pueden provocar da?os en la sociedad a la que se supone que tratan de aportar soluciones y bienestar. Tanto los sesgos estructurales que pueden contener los datos con los que se entrena a los modelos como los prejuicios o intereses de quienes los dise?an socavan su neutralidad y cabe que abran la puerta a la reproducci¨®n de las discriminaciones racial, financiera, sanitaria¡­ La Uni¨®n Europea ha abrazado como una moderna misi¨®n vinculada con sus viejos valores la defensa de los est¨¢ndares de calidad y derecho en la inteligencia artificial, y el equipo de Garc¨ªa trabaja en esa direcci¨®n. ¡°La v¨ªa de Estados Unidos consiste en que las empresas hagan lo que quieran mientras sea rentable; la de China, en conseguir la mayor cantidad de datos y control para el Estado; y la nuestra, en hacer ciencia del mismo nivel pero garantizando los principios democr¨¢ticos. Esto significa que participas en una carrera en la que t¨² vas en bici y los otros en moto¡±, dice. ?Y le frustra ir en bici? ¡°No, porque en este caso me dar¨ªa miedo ir en moto¡±.

De la ¨¦tica de los cerebros artificiales a la agricultura. La coordinadora del Equipo de Investigaci¨®n en Servicios Clim¨¢ticos, Nube Gonz¨¢lez, explica c¨®mo la anal¨ªtica de datos a gran escala y modelos matem¨¢ticos del clima les permiten generar informaci¨®n para optimizar cultivos. Es lo que han hecho desde 2017 con el reci¨¦n terminado proyecto Med-Gold, centrado en tres productos del Mediterr¨¢neo: uva, aceituna y trigo duro, y en el que trabajaron y dise?aron sus servicios clim¨¢ticos con una empresa de cada sector. ¡°Nosotros convertimos los datos clim¨¢ticos en informaci¨®n clim¨¢tica, y bas¨¢ndonos en esta informaci¨®n y en el conocimiento cient¨ªfico del clima y de las predicciones clim¨¢ticas futuras, codesarrollamos productos que puedan servir para que los agricultores anticipen sus decisiones con mejor base y adaptarse al cambio clim¨¢tico¡±, detalla. Gonz¨¢lez se centr¨® especialmente en el trabajo con la industria del vino. El calentamiento global es la mayor amenaza a la que se enfrenta este sector, sobre todo en el sur del continente, y Med-Gold sirvi¨® para guiar la actividad vitivin¨ªcola con predicciones estacionales de temperatura o de lluvia para los pr¨®ximos seis meses, y con predicciones de indicadores agroclim¨¢ticos que ayudan en las estrategias de protecci¨®n de la vid.

La potencia prospectiva del BSC tambi¨¦n es la herramienta de trabajo de Rachel Lowe, l¨ªder del Equipo de Resiliencia en Salud Global. Uno de sus proyectos se llama Harmonize. Busca comprender la relaci¨®n entre el cambio clim¨¢tico y la propagaci¨®n de enfermedades infecciosas transmitidas por mosquitos (zika, dengue, chikungunya) en Am¨¦rica Latina y el Caribe. ¡°Elaboramos modelos para predecir brotes y prevenir la llegada de estas enfermedades a sitios nuevos¡±, resume Lowe. Para ello tienen que realizar c¨¢lculos vastos y complejos con variables entrecruzadas como las temperaturas, las proyecciones de crecimiento de poblaci¨®n, la expansi¨®n urban¨ªstica, las caracter¨ªsticas socioecon¨®micas de las zonas o el acceso a servicios de salud. La ambici¨®n es que este trabajo de recopilaci¨®n de datos y predicci¨®n sea ¨²til para que las comunidades locales mejoren su capacidad de adaptaci¨®n y resiliencia. Otro proyecto que acaban de lanzar, IDAlert, de corte similar a Harmonize, tiene como prop¨®sito contribuir a la vigilancia, alerta temprana y respuesta a enfermedades zoon¨®ticas, aquellas que se propagan entre animales y humanos, como pudo ser el caso de la enigm¨¢tica covid-19.

De los muchos emprendimientos cient¨ªficos abracadabrantes del BSC, tal vez el que cause m¨¢s impresi¨®n sea el de crear gemelos digitales de las personas para fines m¨¦dicos. Es decir, representarnos virtualmente, de forma individualizada, en un ordenador para que los doctores puedan ayudarnos a prevenir y tratar enfermedades. La llaman medicina personalizada. Por ahora es un sue?o para el que se trabaja paso a paso. ¡°No es impensable que se pueda hacer, pero estamos lejos de ello porque el cuerpo humano es complej¨ªsimo¡±, dice el bi¨®logo Alfonso Valencia, director del departamento de Ciencias de la Vida. Llegar a crear gemelos digitales de los pacientes ser¨ªa un logro extremo de la finalidad que se marca Valero, en t¨¦rminos n¨ªtidos y sin rimbombancias, en su campo de investigaci¨®n: ¡°Utilizar mejores datos para ayudar a mejorar las decisiones m¨¦dicas¡±. En esta l¨ªnea, ahora mismo andan en el empe?o de simular el proceso de crecimiento de un tumor. Y para seguir produciendo m¨¢s y mejor conocimiento biom¨¦dico con big data como materia prima, hay que continuar aumentando la potencia de la locomotora. ¡°Ya estamos al l¨ªmite de lo que puede hacer MareNostrum 4 y es fundamental que vayamos a tener uno nuevo. La ambici¨®n del BSC siempre va m¨¢s all¨¢ de lo que disponemos¡±.

El Barcelona Supercomputing Center tambi¨¦n quiere aplicar la idea de crear avatares para fines urban¨ªsticos. Lo explica Fernando Cucchietti, coordinador del Grupo de Anal¨ªtica de Datos y Visualizaci¨®n: ¡°La aspiraci¨®n es tener un simulador de una ciudad completa¡±. Dice que el uso de este recurso en urbanismo no es nuevo, aunque hasta ahora se ha empleado de forma parcial ¡ªpor ejemplo, simulando el comportamiento de los sem¨¢foros para entender c¨®mo mejorar el flujo de tr¨¢fico¡ª, no integralmente, simulando todas las facetas de la ciudad a la vez y de manera interconectada para prever c¨®mo uno o m¨¢s cambios en la poblaci¨®n pueden afectar a otras de sus dimensiones y a la urbe como organismo unitario y din¨¢mico. Recurriendo a una analog¨ªa, el investigador expone que procuran pasar de operar ¡°en la anatom¨ªa¡± de las ciudades a hacerlo ¡°en su fisiolog¨ªa¡±. Esto ser¨ªa una localidad gemela. ¡°Aunque no s¨¦ si se podr¨¢ simular una completa de aqu¨ª a cinco o diez a?os¡±, reconoce. ¡°Es nuestro viaje a la Luna¡±.

Han hecho experimentos m¨¢s modestos. Por ejemplo, una simulaci¨®n del Camp Nou para analizar los movimientos de las personas que visitan este estadio de 100.000 espectadores. Se espera que la pr¨®xima temporada el Barcelona use esa informaci¨®n para optimizar su gesti¨®n. Cucchietti ense?a una presentaci¨®n del proyecto que hicieron en el Instituto Tecnol¨®gico de Massachusetts. Es un an¨¢lisis minucioso de todo tipo de variables de asistencia y flujos de espectadores y que permite al club tomar decisiones desde lo m¨¢s gordo, como la gesti¨®n de la seguridad, hasta lo nimio, como cu¨¢ntas salchichas frankfurt podr¨¢n despachar en funci¨®n de la hora del partido. Nada es ajeno a la supercomputaci¨®n. Qu¨¦ queda ya que se pueda escurrir a su formidable brazo matem¨¢tico.