Nous processadors informàtics per a noves aplicacions

Una funció essencial de les neurones és facilitar la transmissió d’informació a través de les connexions sinàptiques. S’ha demostrat que les partícules bàsiques de la llum, els fotons, poden transmetre informació; el canvi d’estat que es descriu en la física quàntica es pot aprofitar per transferir dades. La pregunta, que no és nova, és: ¿es poden aprofitar aquestes característiques en el disseny dels processadors informàtics? La resposta és que sí. Abans caldrà pensar noves arquitectures, exactament el mateix que caldrà si es vol seguir amb les estratègies actuals basades en la miniaturització i la llei de Moore (que ve a dir que cada dos anys es dobla la quantitat de microprocessadors en un transistor), per a la qual s’intueix un punt final que es podria allargar amb nous materials que superin la versatilitat del silici.

El bismut podria ser l’alternativa al silici, segons diversos estudis. Té l’inconvenient que és més car i menys accessible, però també té avantatges, esclar. La principal és que permetria allargar la miniaturització fins a assolir distàncies d’un nanòmetre, almenys set vegades inferior a les que s’aconsegueixen ara de mitjana en els processadors més avançats de qualsevol dels fabricants internacionals, inclosos els d’Intel, Google o altres marques. D’alguna manera, seria com perllongar la llei formulada per Gordon Moore, cofundador d’Intel. Investigacions recents d’aquestes dues marques anuncien grandàries de quatre nanòmetres o fins i tot inferiors per als propers anys.

Productes necessaris

Ara com ara són productes experimentals, però de la seva necessitat no en dubta ningú. Bé sigui per a futurs ordinadors personals, per a automòbils amb una informàtica cada vegada més sofisticada o per a telèfons amb més aplicacions i més potents. Una segona explicació té a veure amb el món dels superordinadors i unes necessitats i una potència de càlcul rampants que venen donades per simulacions cada vegada més precises en camps com la predicció del clima, l’automoció, l’enginyeria, l’energia, la biomedicina o l’aviació, per esmentar-ne alguns. Simular el món real vol dir introduir totes les variables possibles, que en algun cas poden ser milers que requereixen milions d’operacions matemàtiques que cal fer a la màxima velocitat.

Vinculats a aquestes necessitats hi ha dos territoris que estan creixent de manera exponencial. L’un és l’emmagatzematge i la gestió de dades, com les que proporciona la seqüenciació massiva de gens, per exemple, i l’altre la intel·ligència artificial (IA), que, entre moltes altres aplicacions, té en la proposta de conducció autònoma un dels seus reptes principals. La IA exigeix una enorme potència de càlcul en un espai mínim. Els nous microprocessadors poden fer que les dues condicions es compleixin.

Un nou centre a Barcelona

Mateo Valero, director del Barcelona Supercomputing Center (BSC) de Barcelona -que allotja el superordinador MareNostrum 4- i expert internacional en arquitectura de computació, ha estat notícia justament aquesta setmana per l’acord entre el BSC i Intel per a la creació d’un nou centre dedicat exclusivament al disseny de nous microprocessadors. “L’estudi del canvi climàtic o del cos humà necessiten una gran quantitat de càlcul, memòria i dades que avui ja són possibles”, diu a tall d’exemple. “Calen instruments cada cegada més potents i ràpids”. Tan ràpids com el model desenvolupat als Estats Units que ja supera l’hexaflop (un 1 i divuit zeros d’operacions matemàtiques per segon) i en l’horitzó ja es veu el zetaflop, mil vegades més ràpid. “Aquestes innovacions necessiten nous microprocessadors”, assegura. No només xips. També sistemes de memòria, d’interconnexió o de programació, entre altres tasques.

“A Europa ni es fa disseny ni fabricació”, lamenta Valero. El centre BSC-Intel, amb un cost inicial de 400 milions d’euros que se sufragaran a parts iguals entre Intel i els fons Next Generation, té com a objectiu dissenyar processadors molt ràpids per abastir totes les aplicacions de futur. “Es dissenyaran aquí però es fabricaran als Estats Units, Alemanya o Corea”. Amb el temps, és possible que s’instal·li un centre de fabricació a l’entorn del BSC-Intel, però això ara com ara és més un desig que una realitat.

El disseny, segons Valero, es continuarà basant durant una bona temporada en el silici i la llei de Moore. “En una superfície de vuit centímetres quadrats ja es poden posar fins a 100.000 milions de transistors capaços de processar 2.000 milions d’operacions per segon”. És fàcil imaginar xips que assoliran el bilió, afegeix. Per aconseguir-ho es pot fer el transistor més petit, però cal col·locar-los de la millor manera, amb la millor arquitectura possible. Aquesta serà una de les tasques fonamentals del nou centre. “Com fer noves arquitectures, nous acceleradors, nous processadors i noves memòries”. A més, cal programar tots els processadors i reduir tant com sigui possible el consum d’energia. Tot plegat amb una aposta claríssima pel programari lliure (Linux) i també pel hardware lliure que tot just ara es comença a imposar. “És la primera vegada que Europa té l’oportunitat de dissenyar xips de gran potència”, diu. A més de l’impacte tecnològic, implicarà també llocs de treball altament qualificats i empreses tecnològiques d’alt valor afegit al seu entorn, a banda de formació universitària de primer nivell internacional.