Computación de alto desempeño con un «simple» smartphone

Un nuevo método desarrollado por investigadores de Georgia Tech y Rochester Institute of Technology, es capaz de hacer que un smartphone pueda resolver más de mil millones de ecuaciones diferenciales cada segundo y lo han aplicado a simular dinámica cardíaca en tiempo real con el objetivo de aportar al tratamiento de enfermedades cardíacas. Los resultados los acaban de presentar en la revista Science Advances, una publicación de la AAAS (Asociación Estadounidense para el Avance de las Ciencias).

Es cierto que a pesar de que se han vuelto parte de nuestra vida cotidiana, los smartphones son todo menos simples. Versátiles piezas de tecnología, capaces de implementar decenas de tareas diferentes al mismo tiempo, con toda la complejidad que ello implica. Sin embargo son simples si se los comparan con los grandes sistemas paralelos o clusters de computadoras que se utilizan en investigación científica y en ingeniería para realizar complejas simulaciones y cálculos de muy alta velocidad.

La herramienta computacional estándar para resolver problemas complejos, consiste en utilizar grandes conjuntos de procesadores (CPU – Unidad Central de Procesamiento) trabajando en paralelo. La solución propuesta por los autores de este trabajo, en cambio, consiste en utilizar las Unidades de Procesamiento Gráfico (GPU). Mientras que una CPU típica puede resolver aproximadamente 100 millones de ecuaciones diferenciales ordinarias (EDO) por segundo, una GPU como la que se puede encontrar en una computadora personal o en un smartphone, puede resolver más de 30 mil millones de EDOs por segundo. Es decir, el equivalente a disponer de más de 300 CPU trabajando juntas.

El desafío para obtener tan alto rendimiento de una GPU  radica en que el desarrollo de los códigos óptimos requiere conocimiento especializado de la arquitectura de cada GPU utilizada y de las especificaciones, las cuales pueden cambiar con cada modelo y según el sistema operativo.

Para abordar este problema han desarrollado una biblioteca que utiliza WebGL 2.0 (Web Graphics Library), que se ejecuta en paralelo en la GPU y en forma interactiva a través de HTML-5 en cualquier navegador web, por lo que es independiente del sistema operativo. De este modo han logrado simulaciones eficientes de ecuaciones diferenciales parciales complejas que modelan complejos modelos de células cardíacas en tejidos, incluidas simulaciones fisiológicamente precisas en estructuras ventriculares y auriculares.

Este novedoso desarrollo promete soluciones de bajo costo para resolver otros problemas con grandes requisitos de cómputo, aparte de la dinámica cardíaca, como el crecimiento de cristales o la dinámica de fluidos.

El artículo científico es:

Abouzar Kaboudian, Elizabeth M. Cherry and Flavio H. Fenton (2019)

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