El programa de trabajo del proyecto Supercomputación y eCiencia inicial se estructuró con el objetivo de favorecer la interrelación entre los diferentes grupos integrantes del proyecto, proveedores y usuarios de tecnología en supercomputación, en base a actividades orientadas a la integración del conocimiento y tecnologías, la cooperación en la mejora del uso de la supercomputación y el intercambio de experiencias.
En cada una de las áreas científicas, en el proyecto inicial se definieron las líneas de trabajo que se enumeran a continuación.
Investigación Básica en Supercomputación
Las principales líneas que estructurarán la actividad de investigación serán las siguientes:
- Arquitecturas uniprocesador y multiprocesador, incluyendo microarquitectura, jerarquía de memoria y red de interconexión.
- Herramientas para análisis y predicción de rendimiento.
- Modelos de programación para arquitecturas multicore y multiprocesador.
- Compiladores.
- Entornos de ejecución paralelos.
- Optimización de núcleos de aplicaciones numéricas y no numéricas.
Ciencias de la Vida
El trabajo se centra en la realización de una plataforma para la simulación con grados de resolución variable de los mecanismos celulares de control basados en RNA. La siguiente lista enumera las principales líneas que estructuran la actividad de investigación:
- Desarrollo de herramientas automatizadas para la preparación y análisis de simulaciones de dinámica molecular de macromoléculas, en especial sistemas de gran tamaño.
- Desarrollo de herramientas para la predicción de RNAs de estructura singular.
- Desarrollo de metodología para la localización de nucleosomas y para la predicción de su capacidad de re-modelado.
- Implementación e integración de los métodos para la extracción de información evolutiva con objeto de predecir pautas de interacción a escala genómica.
- Desarrollo de método para el estudio del splicing alternativo tanto a nivel de localización, como de predicción del impacto estructural (caso de RNAs traducidos) y funcional en rutas de regulación (vía iRNA o triples).
- Simulación del comportamiento de sistemas de control génico integrados basado tanto en proteínas (sistema clásico) como RNA.
- El desarrollo de toda la metodología descrita permitirá la realización de simulaciones en sistemas concretos con grados de resolución variable que requerirán un esfuerzo computacional muy elevado.
Ciencias de la Tierra
La existencia de recursos de supercomputación permite abordar una serie de experimentos numéricos en el área de Ciencias de la Tierra, especialmente en la mejora de la resolución espacial de los problemas abordados y en el tiempo de cálculo.
La siguiente lista enumera las principales líneas que estructurarán la actividad de investigación:
- Mejora del rendimiento paralelo de los modelos atmosféricos: Esta línea se basará en lograr un uso eficiente de los modelos de ciencias de la tierra aplicados con un gran número de procesadores para simulaciones con alta resolución espacial y temporal.
- Simulaciones climáticas globales: Realización de simulaciones climáticas globales con alta resolución (2º x 2.5º) en el periodo 1950-2050. Análisis de tendencias de la altura de la tropopausa, de los modos dominantes de la variabilidad extra-tropical y de la circulación en la alta troposfera. Caracterización de la corriente en chorro. Análisis de la señal del ENSO en las temperaturas troposféricas.
- Simulaciones climáticas regionales: Realización de simulaciones climáticas regionales mediante ‘downscaling’ dinámico en Europa y el Mediterráneo (10-20 km) en el periodo 1950-2050. Análisis e interpretación de la respuesta regional al cambio climático. Tendencias en precipitaciones extremas, olas de calor, sequías y contaminación atmosférica a escala regional.
- Desarrollo de un Sistema de pronóstico de la Calidad del aire para España que proporcione un servicio de pronóstico de la calidad del aire con elevada resolución espacial para la Península Ibérica, Islas Baleares e Islas Canarias con anidamientos en áreas urbanas con muy alta resolución.
Astrofísica
Las principales líneas que estructurarán la actividad de investigación son:
- Diseño de algoritmos paralelos para la generación de condiciones iniciales para simulaciones cosmológicas de muy alta resolución
- Códigos paralelos para la resolución de problemas de fluidos astrofísicos con campo magnético y transporte radiativo.
- Paralelización y optimización de códigos de simulación y de software de análisis y visualización gráfica.
- Optimización, implementación y explotación del simulador de misión de Gaia
- Optimización, implementación y tests de la Global Iterative Solution de Gaia
- Realizar simulaciones extremas en cuanto a demanda de recursos computacionales con objeto, entre otros, de estudiar el comportamiento y los fallos de estos sistemas masivamente paralelos y derivar conclusiones sobre las características de las nuevas arquitecturas de supercomputadores que se desarrollarán en el futuro.
- Simulaciones de chorros relativistas extragalácticos
- Simulaciones de progenitores de erupciones de rayos gamma
- Simulaciones de fuentes astrofísicas de radiación gravitatoria y análisis de las propiedades de la emisión de radiación gravitatoria.
- Relatividad Numérica.
- Simulaciones de formación estelar en galaxias.
- Simulaciones de formación y evolución de galaxias.
- Simulaciones de la estructura a gran escala del Universo.
Ingeniería
Las áreas de actuación de los grupos de Ingeniería estarán centradas en la simulación de flujos turbulentos a muy gran escala. En particular:
- Simulación directa y de grandes escalas (DNS y LES) de flujos a números de Reynolds altos, y postproceso de los resultados para obtener información sobre su mecánica.
- Extensión de estas técnicas a geometrías más complicadas, incluyendo flujos cargados de partículas.
- Optimización de los códigos resultantes, tanto de simulación como postproceso, en arquitecturas nuevas, incluyendo más de unos pocos miles de procesadores
- Simulación numérica directa de sistemas complejos fluido-sólido
- Simulación numérica directa de flujos en geometrías con varias direcciones non homogéneas
- Análisis, visualización y post-procesado de los datos generados por simulación directa
Ciencias de los Materiales
La siguiente lista enumera las principales líneas que estructurarán la actividad de investigación:
- Métodos numéricos de resolución de las ecuaciones mecanocuánticas de los electrones y núcleos atómicos, para abordar sistemas con un gran número de átomos.
- Desarrollo de herramientas de simulación a nivel atómico para el estudio del comportamiento de materiales y otros sistemas de materia condensada (sólidos, líquidos, gases) a partir de métodos ab-initio.
- Diseño, desarrollo y optimización de códigos para realizar simulaciones, incluyendo su paralelización, en colaboración con el BSC.
- Desarrollo, mantenimiento y distribución del código SIESTA para simulaciones ab-initio en materiales y otros sistemas condensados.
- Aplicaciones: simulación de procesos físicos y químicos a escala atómica en el ámbito de las Ciencias de los Materiales, y otras áreas: biología, química, mineralogía, nanociencia, etc.
- Interacción con grupos experimentales como apoyo en la interpretación de sus resultados, por ejemplo en el área de microscopías de proximidad (Scanning Tunneling Microscopy – STM, y relacionadas).
