¡®Cirrus¡¯, el nuevo supercomputador para predecir mejor las ¡®filomenas¡¯ y el tiempo en tu barrio

El meteor¨®logo brit¨¢nico Lewis Fry Richardson tard¨® seis semanas en hacer la primera predicci¨®n del tiempo con c¨¢lculos num¨¦ricos. No solo fue una eternidad, sino que adem¨¢s fall¨® estrepitosamente en su vaticinio, pero en su defensa hay que alegar que hizo de cabeza el ingente n¨²mero de operaciones necesarias, ya que era 1910 y faltaban 36 a?os para que se construyera el primer supercomputador. Sin m¨¢quinas, Richardson estim¨® que, para hacer un buen pron¨®stico, ser¨ªan necesarias 64.000 personas, a las que llam¨® HPU (human processing units), calculando simult¨¢neamente en una especie de f¨¢brica de predicciones. El nuevo supercomputador que acaba de adquirir la Agencia Estatal de Meteorolog¨ªa (Aemet) es capaz de hacerlo ¨¦l solito en apenas una hora.

Lo han bautizado Cirrus, la nube m¨¢s alta del firmamento y que en lat¨ªn significa mech¨®n de pelo. ¡°La idea era mantener un tipo de nube, ya que sustituye a Nimbus ¨Duna nube gris oscura de altura media que produce precipitaci¨®n¨D. Todos los nombres candidatos eran de nubes, pero desde el principio era el preferido¡±, explica Ra¨²l Hilara, coordinador de Telem¨¢tica de Aemet. La operaci¨®n se ha hecho mediante un leasing a cinco a?os sin opci¨®n a compra por 8,62 millones de euros firmado con Caixabank Equipment Finance S.A.U., quien present¨® a concurso una propuesta basada en la tecnolog¨ªa de Atos IT Solutions and Services. Hubo otras cinco propuestas.

?Para qu¨¦ va a servir? ¡°Reforzar¨¢ y ampliar¨¢ las capacidades de Aemet en predicci¨®n, especialmente la de fen¨®menos meteorol¨®gicos adversos y el oleaje, permitir¨¢ hacer proyecciones clim¨¢ticas de alta resoluci¨®n para el estudio del cambio clim¨¢tico, aumentar¨¢ la colaboraci¨®n con organismos internacionales y optimizar¨¢ los grandes vol¨²menes de informaci¨®n disponibles¡±, detalla el organismo. Para empezar, seguir¨¢ haciendo todo lo que hace el aparato actual, pero en menor tiempo: ejecutar el modelo determinista Harmonie, el de composici¨®n de la atm¨®sfera Mocage y el de oleaje Wam. Y se ir¨¢n ¡°incorporando nuevos sistemas de predicci¨®n como el gSREPS para predecir fen¨®menos adversos y/o extremos como gotas fr¨ªas en el Mediterr¨¢neo, cuya frecuencia e intensidad se ve incrementada a causa del cambio clim¨¢tico¡±, precisa su responsable.

Adem¨¢s, permitir¨¢ hacer ¡°predicciones con mayor antelaci¨®n, m¨¢s precisas y detalladas en menos tiempo¡± y mejorar la resoluci¨®n, es decir, las dimensiones en kil¨®metros de los fen¨®menos que es capaz de reproducir. As¨ª, se lograr¨¢ llegar a 2,5 kil¨®metros de resoluci¨®n para la Pen¨ªnsula y Baleares y a 1,3 para Canarias. Tambi¨¦n se incorporar¨¢ un sistema de nowcasting o predicci¨®n a muy corto plazo con partes a solo 12 horas vista y actualizaciones horarias, y se mejorar¨¢ la escala para hacer los pron¨®sticos m¨¢s locales. ¡°Ya no ser¨¢ el tiempo de Madrid, sino el de tu barrio de Madrid¡±, precisa Hilara.

M¨¢s precisi¨®n y detalle

Estos datos m¨¢s precisos y con mayor resoluci¨®n se traducir¨¢n en cambios en el sistema de avisos, que pueden hacerse a m¨¢s largo plazo y pasar de tres a cinco d¨ªas vista, y en nuevos formatos informativos. ¡°En particular, se mejorar¨¢n las labores en la web para avanzar en la presentaci¨®n georreferenciada de informaci¨®n meteorol¨®gica que ya se inici¨® el a?o pasado¡±, indica Hilara, quien a?ade que se tratar¨¢ de ¡°integrar la observaci¨®n y la predicci¨®n y nuevos canales de difusi¨®n de los avisos e informaci¨®n meteorol¨®gica basados en servicios de notificaciones¡±.

La costosa inversi¨®n, ?saldr¨¢ rentable? ¡°Aemet es un organismo de gasto, por lo que su rentabilidad no se puede expresar en t¨¦rminos econ¨®micos sino en sociales. Las mejoras ayudar¨¢n a sectores clave como la agricultura, la aeron¨¢utica o el turismo; facilitar¨¢n las labores de otros organismos como Protecci¨®n Civil; y permitir¨¢n la creaci¨®n de oportunidades laborales¡±, asegura Hilara, a quien uno de los aspectos que m¨¢s le ha sorprendido del nuevo aparato es el poco calor que genera gracias a las mejoras en acondicionamiento y refrigeraci¨®n.

En el Top 500 mundial

Cirrus, que est¨¢ en fase de montaje, ocupar¨¢ nueve racks o estantes met¨¢licos dentro de una habitaci¨®n propia de 20,75 metros cuadrados en el Centro de Proceso de Datos de Aemet. Cuando est¨¦ operativo, a finales de mayo, se convertir¨¢ en el segundo megaordenador m¨¢s potente de Espa?a tras el MareNostrum del Barcelona Supercomputing Center (BSC) y se stuar¨¢ en el puesto 325 del Top 500 mundial, que lidera Jap¨®n. El Marenostrum est¨¢ en el 42 del ranking. Respecto a los servicios meteorol¨®gicos europeos, colocar¨¢ a Espa?a ¡°tras Reino Unido, Alemania y Francia¡±.

La capacidad de estos gigantescos cerebros se mide con varios par¨¢metros y en todos se logra ¡°una mejora cuantitativa importante¡±. Uno de ellos es el almacenamiento, que ser¨¢ 16 veces mayor que el actual al pasar de 380 terabytes ¨Dun tera equivale a ocho smartphones de 128 gigas¨D a 5,9 petabytes ¨Den un petabyte se pueden guardar 500.000 millones de p¨¢ginas de un archivo de texto o 6,7 millones de discos de m¨²sica en MP3¨D.

Otro es la capacidad de c¨®mputo, que se expresa en flops (operaciones de punto flotante por segundo, las m¨¢s complejas). ¡°Ahora mismo, en la primera fase, ser¨¢n 1.350 teraflops, que se incrementar¨¢n a 1.680 en la segunda, en 2023, frente a los 168 actuales, lo que supone un incremento de ocho veces al principio y 10 veces despu¨¦s¡±, detalla Hilara. Un PC puede hacer 100 millones de operaciones por segundo (y muchas de ellas simples). Un solo teraflop tiene una capacidad 10 millones de veces mayor.

El nuevo superordenador se ha dividido en dos cl¨²steres, u ordenadores gigantes gemelos, que pueden trabajar en conjunto o por separado. Estos estar¨¢n equipados con 35.840 n¨²cleos en la primera fase y 48.128 en la segunda. Hoy por hoy, se dispone de 7.778 n¨²cleos, por lo que el incremento es ¡°brutal¡±. ¡°Un PC de casa solo tiene uno o dos n¨²cleos¡±, pone en contexto Hilara. ¡°En uno de los cl¨²steres vamos a tener la cadena operativa, de modo que si falla el primero se puede usar el segundo, que tambi¨¦n se usa para pruebas de nuevos modelos y proyectos de investigaci¨®n¡±, explica el ingeniero de Telecomunicaciones.

Y semejante bicho, ?cu¨¢nto consume? ¡°El consumo energ¨¦tico es informaci¨®n considerada confidencial por el adjudicatario, al indicar caracter¨ªsticas claves respecto a la competencia con otros fabricantes¡±, responde Hilara que, eso s¨ª, asegura que la ¡°eficiencia energ¨¦tica ha mejorado una barbaridad¡±. Solo puede apuntar que cada cl¨²ster tiene un consumo inferior a 210 kW, mientras que el consumo del modelo actual, que tiene un ¨²nico cl¨²ster, est¨¢ un poco por encima dicha cota. No obstante, este no fue el criterio que m¨¢s pes¨® a la hora de elegir aparato, sino su rendimiento y rapidez.

Cirrus contar¨¢ con cinco cuidadores de la propia agencia, a los que se sumar¨¢ el servicio de soporte externo de la adjudicataria, mientras que sus beneficiarios directos ser¨¢n los grupos de telem¨¢tica, modelizaci¨®n y predicci¨®n de Aemet, unos 50 usuarios. ¡°Al ser un equipamiento destinado espec¨ªficamente a la producci¨®n, no forma parte de la Red Espa?ola de Supercomputaci¨®n, destinada principalmente a investigaci¨®n¡±, aclara Hilara, que apunta, no obstante, que est¨¢ abierta la posibilidad de firmar convenios para su uso acad¨¦mico.

C¨®mo se hace una predicci¨®n hoy en d¨ªa

?C¨®mo se hace una predicci¨®n hoy en d¨ªa?, pregunta en sus charlas Daniel Santos Mu?oz, meteor¨®logo experto en supercomputaci¨®n y jefe de proyecto de sistemas en los consorcios europeos Accord e Hirlam. Y las respuestas son variopintas: desde las im¨¢genes por sat¨¦lite a la observaci¨®n de las nubes, pasando por los pastores y el calendario zaragozano hasta llegar a m¨¦todos de an¨¢logos estad¨ªsticos. ¡°Ninguna es correcta. Desde hace a?os conocemos los fundamentos f¨ªsicos de la meteorolog¨ªa, que hemos reducido a ecuaciones muy complejas, para cuya resoluci¨®n num¨¦rica se requiere de potent¨ªsimos ordenadores¡±, explica Santos, que recurre a una analog¨ªa muy gr¨¢fica y efectiva: el cine.

¡°Lo que hacemos es montar una pel¨ªcula, de la que sabemos el comienzo, tenemos un guion aproximado, que evoluciona y nos da un nudo y un desenlace. El problema es que el guion, es decir, el modelo, es el de 'Elige tu propia aventura', no lineal y muy ca¨®tico¡±. ¡°Un peque?o cambio en las condiciones iniciales, un girito en el guion, y pasamos de una pel¨ªcula de amor a una de cat¨¢strofes¡±, advierte. As¨ª, para poder hacer una mejor pel¨ªcula del tiempo y reducir la incertidumbre del guion, ¡°necesitamos tener la mejor informaci¨®n disponible sobre el arranque¡±. A la hora de hacer los comienzos, contamos con un sistema de observaci¨®n global compartido.

¡°El que act¨²a de Hollywood en el mundo es el Centro Europeo, que es el que mejor pel¨ªculas hace, el que mejor modelo tiene. Bollywood ser¨ªan los americanos y tambi¨¦n existe el cine espa?ol y el franc¨¦s¡±, contin¨²a su relato. Las distintas productoras hacen miles de pel¨ªculas al d¨ªa, para las que se necesitan gigantescos ordenadores que ejecutan los programas o modelos para hacer sus propias pel¨ªculas ¡°particularizando el modelo global y a?adi¨¦ndole ajo y salsa, es decir, nuevas observaciones¡±. ¡°Los predictores reciben 'storyboards' o mapas que corrigen y a los que aportan valor a?adido para hacer el montaje del director, con la m¨²sica intensa (avisos) y los cr¨¦ditos (la predicci¨®n en texto)¡±, prosigue el meteor¨®logo.

Para Santos, que alerta del peligro de los localismos y de desaprovechar los recursos, el caballo de batalla es la asimilaci¨®n de datos al margen de los oficiales para generar un comienzo cada vez m¨¢s preciso, incluidos los datos 'crowdsource' de ciudadanos. Por ejemplo, los que aportan estaciones meteorol¨®gicas caseras como netatmo, los dispositivos 'werables' o el sensor de presi¨®n de los m¨®viles. Un grupo en Baleares, cuenta, es capaz de inferir si llueve o no por el retraso en la se?al de los tel¨¦fonos. ¡°Nos hemos dado cuenta de que los ¡®youtubers¡¯ hacen buen cine¡±, sentencia, para vaticinar que la producci¨®n va a estar cada vez m¨¢s redistribuida y socializada. ¡°La meteorolog¨ªa es muy comunista¡±, dice, riendo.

Aunque cada vez somos capaces de hacer producciones mejores y m¨¢s realistas ¨Dla fiabilidad de las predicciones aumenta un d¨ªa cada diez a?os¨D, el p¨²blico cada vez es m¨¢s exigente ¡°pregunta m¨¢s y de forma m¨¢s compleja¡±, no le valen los efectos de la ¡®Guerra de las Galaxias¡¯ sino los de ¡®Avatar¡¯ y ¡°no quieren sinopsis ni ver ¡®D¨ªas de Cine¡¯, sino aut¨¦nticos ¡®spoilers¡¯, f¨¢ciles, amenos y divertidos¡±. ¡°La clave es comunicar el tiempo mejor¡±, concluye.

Los usos meteorol¨®gicos del BSC

Pero ¡®Cirrus¡¯ no es el ¨²nico supercomputador que mira al cielo en Espa?a. El ¡®Marenostrum¡¯ desarrolla en la actualidad dos proyectos principales con Aemet, explica Kim Serradell, jefe del grupo de Computaci¨®n en Ciencias de la Tierra en el BSC. El m¨¢s importante es la ¡°modelizaci¨®n del polvo sahariano¡± en el norte de ?frica, Oriente Pr¨®ximo y Europa, el llamado Barcelona Dust Forecast Center, para el que ejecutan el modelo Monach, desarrollado en parte en EE UU y en parte en el propio BSC. Su salida principal es ¡°un mapa interactivo¡± en el que se pueden observar las intrusiones de la calima, que se actualiza a 72 horas una vez al d¨ªa. El polvo en suspensi¨®n es un peligro. Para empezar, reduce la visibilidad y empeora la calidad del aire y, en altas concentraciones, provoca un empeoramiento de los problemas respiratorios y cardiovasculares y un aumento de la prematuridad y del bajo peso al nacer.

El segundo proyecto es ¡°totalmente distinto¡±: compartir los datos de las simulaciones clim¨¢ticas generadas por el BSC y por Aemet con el resto de pa¨ªses del panel IPCC en una especie de gigantesca biblioteca mundial abierta al p¨²blico. ¡°Nosotros somos un nodo peque?ito, con m¨¢s de 600 teras, una cincuent¨¦sima parte del total¡±, detalla Serradell, que se muestra entusiasmado por conocer Cirrus. ¡°Es una nueva arquitectura, con nuevos procesadores. Ser¨¢ interesante analizar la metodolog¨ªa y la velocidad de ejecuci¨®n de los modelos¡±, concluye.

Principales datos t¨¦cnicos