Zivis, el primer superordenador ciudadano que ha funcionado en España, se ha puesto en marcha en recientemente Zaragoza. Basándose en el software libre BOINC, desarrollado en la <a href="https://www.berkeley.edu/" target="_blank">Universidad de Berkeley</a>, científicos del <a href="https://www.bifi.es/index_es.php" target="_blank">Instituto de Biocomputación y Física de Sistemas Complejos</a> (BIFI), encuadrado en la <a href="http://www.unizar.es/" target="_blank">Universidad de Zaragoza</a>, y del Laboratorio Nacional de Fusión, perteneciente al <a href="https://www.ciemat.es/" target="_blank">Centro de Investigaciones Energéticas Medioambientales y Tecnológicas</a> (CIEMAT), han interconectado cientos de ordenadores personales de que ceden voluntariamente parte de su CPU para realizar cálculos distribuidos cuyos resultados son relevantes para las investigaciones en fusión.
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Como es sabido, se trata de utilizar la capacidad de cálculo de los ordenadores domésticos para la investigación científica, cuya potencia ha aumentado muchísimo en la última década, tanto velocidad como en memoria RAM. Claramente, esta capacidad de cálculo se desperdicia durante los momentos que no usamos el ordenador, pero el uso del software libre tipo BOINC permite aprovecharla. Los propietarios de los ordenadores no tienen más que instalarse un salvapantallas en sus ordenadores, que se puede descargar de la página web http://zivis.zaragoza.es que pondrá en marcha los cálculos en el momento en que el ordenador esté desocupado. |
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Esta página web la ha cedido el
Ayuntamiento de Zaragoza, que ha apostado decididamente por el software libre y, en particular, por el apoyo a este proyecto. La presencia del Ayuntamiento ha sido clave para el desarrollo de este proyecto puesto que ha permitido la difusión entre los ciudadanos. Además, se ha elegido una ciudad de tamaño intermedio, ni lo bastante grande para que una iniciativa como ésta pase desapercibida ni lo bastante pequeña para que el número de ordenadores conectados con un sistema ADSL a Internet no sea lo suficientemente grande.
El tipo de problemas que se pueden acometer en Zivis son necesariamente secuenciales o del tipo de los llamados "embarazosamente paralelos", es decir, están integrados por un enorme número de procesos independientes, con paralelismo nulo. Los métodos Monte Carlo o los cálculos integrados por el mismo proceso realizado para diferentes parámetros son los ideales para esta forma de computación.
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| Se trata de utilizar la capacidad de cálculo de los ordenadores domésticos para la investigación científica |
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Zivis es una experiencia que, inicialmente, se desarrolló en la ciudad de Zaragoza pero se han registrado ordenadores conectados desde diferentes puntos de España, de Europa y de EE.UU., especialmente aquellos que pertenecen a diferentes clubs de BOINC. En este ámbito existe la costumbre de dar la bienvenida a las nuevas aplicaciones cediendo mucho tiempo de CPU. El seguimiento de los PCs que se han ido conectando han permitido estudiar diferentes patrones de propagación de información en la red, tanto en forma de árbol, como en forma de enjambre. El seguimiento de la evolución de la distribución espacial de los usuarios de BOINC permitirá estudiar en detalle estos patrones de propagación. En todo caso, más del 60% de los ordenadores conectados son de la ciudad de Zaragoza.
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En esta primera experiencia ha sido vital, por tanto, la implicación de una institución como el Ayuntamiento de dicha ciudad que ha apostado decididamente por apadrinar el proyecto y ha servido para tomar diversas iniciativas para incentivar a los ciudadanos y hacerlos partícipes del proceso de investigación y de los resultados obtenidos. Sin duda, en el futuro, se puede proceder a extender la experiencia a ciudadanos que habiten en cualquier lugar, sin necesidad de limitarse a ninguna circunscripción geográfica, pero parece claro que será necesario buscar una forma de hacer a los ciudadanos partícipes de los resultados. Los datos de Zivis muestran el enorme éxito alcanzado. |
El resultado es el equivalente a mantener permanentemente conectados 800 procesadores (CPU), ya que éste ha sido el promedio de utilización, lo que supone haber "construido" un superordenador con paralelismo nulo cuya potencia de cálculo coloca a Zivis en el TOP500 de los superordenadores mundiales y en el TOP5 de los ordenadores españoles.
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| Zivis es una experiencia que, inicialmente, se desarrolló en la ciudad de Zaragoza pero se han registrado ordenadores conectados desde diferentes puntos de España, de Europa y de EE.UU. |
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Han participado casi 3000 internautas, que han aportado 5200 ordenadores y 7200 procesadores. En total hemos conseguido unas 800.000 horas de CPU desde el día 3 de abril al 19 de mayo, que duró la experiencia. Todo esto ha servido para calcular nos 5 millones de trayectorias de iones en el TJ-II, la mitad de las calculadas en el superordenador Mare Nostrum, el ordenador más potente de Europa que está en el BSC (Centro de Supercomputación de Barcelona), aunque en un tiempo mucho más largo de lo que se usó este ordenador.
En el caso de Zivis, se ha optado por correr una aplicación piloto dedicada a la investigación en fusión. Esta aplicación ha sido desarrollada por científicos del Laboratorio Nacional de Fusión del CIEMAT, del BIFI y de la Facultad de físicas de la Universidad Complutense, quienes explorarán científicamente los resultados obtenidos en los cálculos. La elección de esta aplicación se basó en dos criterios básicos. El primero de ellos, que permitía obtener resultados relevantes mediante cálculos con paralelismo nulo. El segundo criterio era el de buscar un tema que despertara el interés y las simpatías del público, para que cedieran la mayor cantidad posible de ordenadores. Parece claro que los problemas de la energía, por las implicaciones ambientales y sociales que tienen para el futuro es uno de los temas que preocupan a la población. La investigación en fusión se encuadra perfectamente en este campo.
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En concreto se ha decidido calcular las propiedades del confinamiento y transporte de los iones del stellarator TJ-II, catalogado como Gran Instalación Científica y en operación en el CIEMAT desde diciembre de 1997. Para ello se van a seguir las trayectorias independientes de millones de iones confinados en la compleja geometría del TJ-II y sometidos a colisiones con un fondo de iones y otro de electrones que no varían con el tiempo. Además de las colisiones y de la estructura de campo magnético de la configuración del TJ-II, está gobernada por el potencial electrostático generado por el propio plasma. Los fondos iónicos y electrónicos así como el potencial electrostático son similares a los medidos en el TJ-II. |
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De esta manera se pueden obtener interesantes conclusiones sobe las propiedades del transporte de materia y energía debido a estos fenómenos. Los cálculos realizados en Zivis nos dan las propiedades de este transporte para plasmas con diferentes parámetros y los resultados son científicamente relevantes. De esta forma, los ciudadanos pueden contribuir en este caso al avance de la fusión, como fuente energética virtualmente inagotable y ambientalmente aceptable.
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| La experiencia de Zivis permite que los ciudadanos contribuyan de forma activa a la investigación científica en general |
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La experiencia de Zivis permite que los ciudadanos contribuyan de forma activa a la investigación científica en general. Este hecho otorga numerosas ventajas entre las que cabe destacar el acercamiento de los problemas científicos al público en general. La cultura científica de los ciudadanos españoles es notablemente insuficiente, lo que es un factor más de la mala situación de la investigación científica española. Es indudable que si alguien se compromete a ceder recursos computacionales para resolver un determinado problema, se interesará por los resultados y por la finalidad de la investigación. Asimismo se preocupará por la situación de los investigadores que trabajan en el tema y defenderá que estos tengan suficientes recursos.
El papel que este tipo de arquitecturas computacionales basadas en la cesión voluntaria de recursos pueda tener en el futuro puede ser importante en la medida en que las redes de comunicación avancen en capacidad y en la medida en que los ordenadores personales sean más y más potentes. Estos dos hechos están garantizados dados los avances técnicos. La posibilidad de que en el futuro diversos grupos investigadores tengan acceso a gran capacidad computacional a bajo precio estará abierta, con el valor añadido del acercamiento de la ciencia a los ciudadanos. Sólo restará elegir problemas apropiados para esta arquitectura computacional.
