El ordenador que prevea el futuro del cambio climático lo empeorará

Tal vez sea el reto más abrumador al que se enfrentan los especialistas de la climatología y la informática: crear un superordenador capaz de reproducir con modelos precisos el futuro del planeta en un conjunto de ecuaciones, y de qué manera le afectarán las fuerzas del cambio climático. La tarea exigiría efectuar una serie inmensa de cálculos durante varias semanas y, a continuación, recalcularlos cientos de veces con diferentes variables.

Esas máquinas tendrán que ser más de 100 veces más rápidas que los más potentes superordenadores actuales y —qué ironía— ese esfuerzo por comprender mejor la amenaza que supone el cambio climático en la práctica podría contribuir al calentamiento global. Si se construyese una máquina así utilizando las tecnologías de que disponemos hoy en día, un ordenador de los llamados exascale [capaces de realizar un trillón de cálculos por segundo] consumiría el equivalente a la electricidad de 200.000 hogares, y tenerlo en funcionamiento costaría como mínimo 20 millones de dólares [casi 18 millones de euros] al año.

Para prever el futuro del clima hacen falta máquinas más de 100 veces más rápidas que las actuales, pero contribuirían al calentamiento global

Por este motivo, los científicos que planifican la construcción de esas máquinas ultraveloces se han quedado estancados a la espera de que aparezcan futuras técnicas de cálculo de bajo consumo capaces de reducir significativamente las exigencias de energía de un ordenador exascale.

No obstante, desarrollar esas técnicas ha sido especialmente difícil porque prácticamente todos los elementos que intervienen en el diseño de ordenadores más rápidos consumen más electricidad y generan más calor. Actualmente los ingenieros informáticos piensan que la fecha probable de llegada de la nueva generación de superordenadores se sitúa en algún momento entre 2020 y 2023.

Sin embargo, Krishna Palem, especialista en informática de la Universidad de Rice, cree haber encontrado un atajo. Palem ha suscitado un debate entre los arquitectos de ordenadores al defender que también es posible utilizar un diseño contrario a la lógica —el que propuso en origen para alargar la vida de las baterías de los teléfonos inteligentes— con el fin de construir superordenadores más rápidos y que consuman menos.

Según Palem, su método ofrece una vía sencilla y directa para sortear el problema de la energía. Sostiene que eliminando los transistores que se utilizan para aumentar la precisión será posible disminuir las demandas de energía del cálculo al tiempo que se incrementan las velocidades de procesamiento.

Recientemente, su batalla a favor del bajo consumo ha ganado seguidores entre los climatólogos. “Por lo general, los cálculos científicos como los de los modelos meteorológicos y climáticos son intrínsecamente inexactos”, asegura Palem. “Hemos demostrado que utilizar técnicas de computación inexactas no tiene por qué menoscabar la calidad de la simulación meteorológica y climática”.

Los modelos climáticos emplean una serie inmensa de ecuaciones diferenciales que simulan la interacción entre la física, la dinámica de fluidos y la química. Para crear los modelos, los científicos convierten el mundo en una cuadrícula tridimensional y calculan las ecuaciones.

A la espera de otra solución que consuma menos energía, algunos científicos proponen utilizar la computación 'inexacta'

En los modelos climáticos actuales que emplean superordenadores, el tamaño de las celdas que representan el clima de esa área de la superficie terrestre tienen un tamaño de unos 100 kilómetros. Predecir con más precisión el impacto a largo plazo del cambio climático exigirá reducir las dimensiones de la celda a tan solo un kilómetro. Un modelo de esa clase necesitará más de 200 millones de celdas y aproximadamente tres semanas para calcular una simulación del cambio climático a lo largo de un siglo.

Palem cree que su estrategia inexacta es más adecuada para la elaboración de modelos meteorológicos y climáticos porque las enormes redes de celdas que determinan por separado los efectos locales —como la formación de nubes, el viento, la presión y otras variables— se pueden calcular sin una gran exactitud.

“Considero que es una herramienta necesaria en este momento para que la ciencia avance”, defiende Tim Palmer, físico del clima de la Universidad de Oxford. “Con el clima no es posible hacer un experimento en laboratorio. Tenemos que basarnos en los modelos que intentan codificar su complejidad, y hoy día estamos limitados por el tamaño de los ordenadores”.

Palem afirma que las tecnologías empleadas en estos momentos para construir superordenadores serán demasiado caras como para crear una máquina con una capacidad de un exaflop, es decir, de un trillón de cálculos por segundo. Sostiene que, en cambio, se podría calcular la tasa de calentamiento global con un nuevo tipo de ordenador que utilizase chips de bajo consumo especializados para resolver una parte del problema.

Denomina su línea de trabajo computación “inexacta”. “Es una manera de calcular que necesita menos energía”, resume.

Los ingenieros que están intentando diseñar un ordenador exascale afirman que su objetivo es mantenerse dentro de un presupuesto de potencia de 30 megavatios, pero Andreas Bechtolsheim, diseñador de redes y ordenadores de alto rendimiento, señala que con la tecnología que tenemos ahora eso requeriría multiplicar por 10 la eficacia de los mejores diseños actuales.

Palem ha pedido insistentemente a los miembros del mundo de la informática que pongan fin a más de una década de romance con la precisión. Últimamente se ha ganado aliados entre los climatólogos, como Palmer, quien acaba de hacer un llamamiento en la revista Nature a los especialistas en el clima a que pongan en marcha una iniciativa internacional para construir una máquina lo bastante rápida como para resolver interrogantes básicos sobre la tasa de calentamiento global.

“Hace tiempo que los físicos de partículas y los astrónomos son conscientes de que esa cooperación internacional es crucial para hacer realidad la infraestructura que necesitan para producir ciencia avanzada”, declara. “He llegado el momento de reconocer que la predicción climática es ‘alta ciencia’ de una categoría similar”.

El mes pasado, los esfuerzos de Palem recibieron un cierto apoyo con la concesión de una beca Guggenheim para respaldar su investigación sobre la computación de bajo consumo dirigida a la modelización meteorológica y climática.

No todo el mundo está convencido de que sea posible llevar a la práctica sus ideas para la arquitectura de ordenadores.

“La computación inexacta funciona bien para la aplicaciones móviles en las que las consecuencias de una elección incorrecta son leves”, sostiene John Shalf, jefe del departamento de Informática del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. “Para los problemas importantes, en los que los resultados inexactos pueden ser la causa de un diseño erróneo, o llevar a conclusiones equivocadas sobre las dinámicas del clima, la falta de exactitud es un problema”.

Palem y Palmer están intentando vencer esas objeciones. A principios de este año, en un congreso sobre computación celebrado en Europa, presentaron un comunicado en el que afirmaban que pueden reducir drásticamente las necesidades de energía sin poner en entredicho la precisión de la simulación.

Palmer subrayaba que los argumentos a favor de la inversión requerida deberían caer por su peso.

“La cantidad de dinero es insignificante si se tiene en cuenta que las repercusiones del clima tienen un coste de billones de dólares”, señalaba. “Es, de hecho, una cuestión existencial. Si se sitúa a un extremo del espectro, podemos hacer ajustes, pero si se sitúa al otro, no lo superaremos a no ser que reduzcamos las emisiones en la próxima década”.

Krishna Palem, informático de la Universidad de Rice, propone que se construya un superordenador de bajo consumo capaz de responder a interrogantes básicos sobre el calentamiento global.

Traducción de News Clips

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