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lunes, 7 de enero de 2013

UN SUPERCOMPUTADOR PARA EL "ALMA"



La Organización Europea para la Investigación Astronómica en el Hemisferio Austral (ESO) informa que uno de los supercomputadores más poderosos del mundo ha sido instalado y puesto a prueba a una gran altitud, en sus remotas instalaciones ubicadas en los Andes del norte chileno. Esto marca uno de los hitos más importantes en el camino hacia la culminación del Atacama Large Millimeter / submillimeter Array (ALMA), el telescopio terrestre más sofisticado de la historia. El especializado correlacionador de ALMA tiene más de 134 millones de procesadores y efectúa hasta 17 mil billones de operaciones por segundo (17 mil billones = 17.000.000.000.000.000), una velocidad que sólo se compara al supercomputador de uso general más rápido que hoy exista. El récord actual en el ranking de los 500 supercomputadores más poderosos de uso general TOP500 lo tiene TITAN, de la empresa Cray Inc. Éste es capaz de realizar 17.590 billones de operaciones de cálculo por segundo. Es importante destacar que el correlacionador de ALMA es un supercomputador especializado, por lo que no es apto para este ranking.

Los 134 millones de procesadores del correlacionador de ALMA combinarán y cotejarán permanentemente las débiles señales del cielo captadas por las 50 antenas parabólicas del conjunto principal de ALMA, lo que permitirá que estas funcionen como si fueran un solo telescopio astronómico gigante. El correlacionador también puede incorporar las señales de 14 a 16 antenas del Atacama Compact Array (ACA), un componente adicional de ALMA proporcionado por el Observatorio Astronómico Nacional de Japón (NAOJ) y así combinar las señales de 64 antenas. En los conjuntos de radiotelescopios, la sensibilidad y la calidad de las imágenes aumenta en función de la cantidad de antenas.

El correlacionador de ALMA, financiado por las entidades estadounidenses Fundación Nacional de Ciencias (NSF) y el Observatorio Radioastronómico Nacional (NRAO), es un componente clave de este sistema de radiotelescopios, que los astrónomos ya están usando para hacer nuevos hallazgos sobre la formación de planetas, estrellas y galaxias. A diferencia de los telescopios ópticos, que observan la luz visible emitida por las estrellas, ALMA explora una parte del espectro de luz invisible: el de las ondas con longitudes milimétricas y submilimétricas.
Durante las observaciones, todas las antenas de ALMA apuntan hacia el mismo objeto celeste para recibir sus débiles ondas de radio. Antes de que los astrónomos puedan generar imágenes detalladas o producir análisis, se debe llevar a cabo un extenso procesamiento informático de los datos recabados por las antenas, las que están separadas entre ellas por distancias de hasta 16 kilómetros.

El correlacionador de ALMA se encarga de la primeras y cruciales etapas del procesamiento. Para que todo el sistema funcione como un solo telescopio, se debe combinar toda la información recogida por cada antena. Cuando se usa el correlacionador con la capacidad máxima de 64 antenas, hay 2.016 combinaciones de pares de antenas y hasta 17.000 billones de cálculos por segundo.
"Terminar e instalar el correlacionador representa un gran hito en el cumplimiento de la misión de Norteamérica en el proyecto de construcción de ALMA" dijo Mark McKinnon, Gerente del Proyecto ALMA para Norteamérica por parte de NRAO.
Uno de los desafíos que enfrentó el equipo a cargo de diseñar el sistema, dirigido por el experto en correlacionadores Ray Escoffier, fueron los costos. "Cuando evaluamos el proyecto, nos dimos cuenta de que se habría necesitado, en la época, lo equivalente a mil millones de dólares en computadores personales para realizar los cálculos necesarios. Así que construimos nuestra propia máquina por cerca de 11 millones de dólares", cuenta John Webber, ex director del Laboratorio Central de Desarrollo de NRAO en Charlottesville, Virginia.
Las condiciones extremas del lugar donde se usaría el equipo constituían otro desafío.
El correlacionador está instalado en el Sitio de Operaciones del Conjunto de ALMA (AOS), el único edificio de alta tecnología del mundo situado a 5.000 metros. A tamaña altitud el aire escasea, por lo que se necesita el doble de volumen de ventilación para enfriar el equipo, que consume cerca de 140 kilovatios de electricidad. Con tan poco aire los discos duros de los computadores no funcionan muy bien, por lo que el correlacionador y los computadores con los que está conectado tienen que funcionar sin discos. Y como los movimientos telúricos son frecuentes en el área, hubo que diseñar el correlacionador de tal forma que soportara las vibraciones producidas por los sismos.

La escasez de aire en ALMA también afecta al desempeño humano. Aunque el edificio técnico del AOS debería funcionar sin intervención humana durante sus operaciones, se necesitaron unas 20 semanas de trabajo para desempacar e instalar el correlacionador. "Tuvimos que conectar miles y miles de cables, y son todos del mismo color azul, así que me alegro de que hayamos ideado un buen sistema de etiquetado cuando nos encontrábamos al nivel del mar", recuerda el jefe del equipo a cargo del correlacionador, Rich Lacasse, de NRAO.

El socio europeo de ALMA, encabezado por la Organización Europea para la Investigación Astronómica en el Hemisferio Austral (ESO), proporcionó un importante componente del correlacionador: un conjunto de 550 tarjetas de circuitos con filtros digitales de última generación fabricados por la Universidad de Burdeos, que incrementan la capacidad del sistema para distinguir pequeños matices de color, o longitudes de onda. Con estos filtros, la luz que capta ALMA puede dividirse en 32 veces más rangos de longitudes de onda que en el diseño original, y cada uno de estos intervalos se puede ajustar con gran precisión. "Esta flexibilidad es fantástica" – señaló Alain Baudry, de la Universidad de Burdeos, líder del equipo europeo del correlacionador de ALMA- "nos permite descomponer el espectro de luz que ALMA ve, y así centrarnos sólo en las longitudes de onda necesarias para una observación específica, ya sea rastreando las moléculas de gas en una nube de formación estelar o buscando algunas de las galaxias más distantes en el Universo".

ALMA comenzó las observaciones científicas en 2011, con un conjunto parcial de antenas. Una sección del correlacionador ya se utilizaba para combinar las señales de dicho grupo, pero ahora el sistema se encuentra completamente terminado. El correlacionador está listo para que ALMA comience a operar con un mayor número de antenas, lo que aumentará la sensibilidad y la calidad de imagen de las observaciones. ALMA se encuentra prácticamente terminado y será inaugurado en marzo de 2013.

”Desde el lugar más inhóspito del mundo, cualquier hombre puede contemplar la inmensa grandeza del Universo".

"End of transmission"

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