Nuevo récord mundial en simulación electromagnética

"La escalabilidad del algoritmo, unido a la arquitectura y capacidad del Finis Terrae, permitirá formular retos aún mayores duplicando esta última cifra y apuntando ya al billón americano”, explica Fernando Obelleiro, catedrático de Tecnologías de las Comunicaciones de la Universidade de Vigo. La aplicación empleada para este reto, el HEMCUVE++, tiene la cualidad fundamental de utilizar de manera eficiente un número elevado de procesadores, aprovechando así la potencia de los grandes supercomputadores.

“La arquitectura de este supercomputador es idónea para nuestra aplicación”, señala Obelleiro, “al disponer de mucha memoria por procesador, facilita enormemente los cálculos, reduciéndose de manera considerable el tiempo y el consumo total de memoria”. Para abarcar la simulación fueron necesarios los mismos nodos y procesadores que se habían empleado en el reto anterior: 64 de los 142 nodos, lo que equivale a 1.024 núcleos de proceso, es decir, aproximadamente el 42% del supercomputador; y alrededor de 6 Terabytes de memoria RAM. Los cálculos se hicieron en 12 horas para la inicialización del algoritmo y 26 horas de resolución para asegurar la alta precisión del resultado.

Un proyecto con aplicaciones prácticas y novedosas

Resolver problemas electromagnéticos en el diseño de grandes estructuras dotadas de sistemas de radio, como pueden ser barcos, aviones o vehículos terrestres, es una de las aplicaciones posibles de esta investigación.

Con herramientas como estas se podrá conocer con precisión el comportamiento de los equipos mucho antes de su montaje. El objetivo del proyecto se centra en buscar la manera más eficiente de simular el comportamiento electromagnético de las estructuras en la etapa de diseño para poder verificar y garantizar el cumplimiento de los requisitos electromagnéticos impuestos por la industria o por las administraciones, minimizando así los problemas posteriores en el proceso de fabricación. "La simulación permite hacer diseños virtuales de la estructura y observar también de forma simulada las reacciones e interacciones entre sus distintos elementos, como el de las antenas y radares", detalla Obelleiro.

Precisamente, los radares de automoción son uno de los ámbitos de aplicación novedosos en los que se está a trabajar. El comportamiento en términos radar de los distintos objetos de interés (vehículos, peatones, señales de tráfico...) es prácticamente desconocido, lo que afecta a las prestaciones de los sensores que se incorporan a los automóviles. "Esta herramienta permite modelar este tipo de problemas, siendo posible variar todos los parámetros de operación, lo que permite un importante ahorro tanto económico como de tiempo respecto a pruebas experimentales", señala el profesor de la Universidad de Vigo José Luís Rodríguez.

Actualmente, tienen en marcha un proyecto conjunto con el Centro Tecnológico de Automoción de Galicia (CTAG) para el estudio y posible desarrollo de estos radares a 79 Giga Hertzios, a través del análisis del comportamiento de un vehículo en modelo sometido a esta frecuencia.
Pero además, este nuevo récord mundial abre también la puerta a la aplicación del electromagnetismo computacional en campos como la biomedicina, con imágenes radar para la detección de tumores o influencia de terminales móviles en el cuerpo humano; el diseño de metamateriales, con gran importancia en la creación de superlentes o paneles de invisibilidad; y el desarrollo de radares de penetración terrestres para la detección de minas antipersona o estructuras geológicas en el subsuelo.

Superación de las previsiones

Tras el récord conseguido en agosto del pasado año, vigueses y extremeños se propusieron llegar, a lo largo del invierno, a la resolución de 250 millones de incógnitas pero la escalabilidad del algoritmo empleado les permitió duplicar la cifra. "El empleo de algoritmos eficientes para la resolución de problemas de este tamaño es fundamental", comenta Obelleiro. El algoritmo desarrollado por estos investigadores permite escalabilidades hasta ahora impensables, puesto que el código se ejecutó sobre 1.024 núcleos de proceso con una eficiencia próxima al 100%.

El Hemcuve ++ es el resultado de un proceso de desarrollo continuado del equipo investigador, iniciado en 1999 a través de un proyecto financiado por Navantia. A pesar de que los trabajos realizados para abordar este reto forman parte del ámbito de la investigación básica, el código computacional que están desarrollando servirá para los usos aplicados en los que trabajan. "Estamos hablando de millones de incógnitas que nos permitirán analizar y en último término predecir el comportamiento electromagnético de estructuras de grandes dimensiones eléctricas, con un lujo de detalles hasta ahora inabordable y esto, sin duda, supondrá importantes ventajas competitivas para aquellas industrias con acceso esta tecnología", explica Luís Landesa, miembro del equipo procedente de la Universidad de Extremadura.

El equipo investigador

Fernando Obelleiro y José Luís Rodríguez de la Universidad de Vigo y Luís Landesa y José Manuel Taboada de la Universidad de Extremadura conforman el grupo HEMCUVE. El equipo trabaja de forma coordinada en el desarrollo de sistemas que permitan abordar, mediante cálculos en supercomputadores como el Finis Terrae, reconocido cómo Instalación Científico Técnica Singular por el Ministerio de Ciencia e Innovación, estudios de compatibilidad electromagnética, con el objetivo de detectar interferencias entre antenas, predecir niveles de radiación peligrosa, o estudiar su superficie equivalente radar.