Simulación de la interacción atmósfera–océano con una red mixta de Macs PowerPC e Intel

En una semana como esta hace 5 años que defendí mi tesina. Incluso tanto tiempo después me sigo sintiendo muy orgulloso. Creo que fue un buen trabajo, realizado en el mejor de los climas y con los mejores compañeros que uno pudiera desear: el grupo de Geología Marina y Oceanografía Física del IMEDMAR de la Universidad Católica de Valencia San Vicente Mártir (UCV). Un artículo de Alberto Corbi Bellot.

Tenía preparado un chascarrillo para la fase de preguntas del tribunal, en caso de que se me hiciera una muy en concreto: – Alberto, ¿por qué has usado la plataforma Macintosh para simular el comportamiento atmosférico? – Y mi respuesta, inspirada de la película Regreso al Futuro: Bueno, si uno va a ejecutar un modelo numérico en una red distribuida de ordenadores 32 y 64 bit, RISC y CISC, ¿por qué no hacerlo con clase?.

Afortunadamente nadie realizó esa pregunta: mi respuesta hubiera generado risas (o eso me gustaba pensar), pero quizás también mi suspenso. 

Pero no, la respuesta sincera no era esa. Utilicé la red de ordenadores Macintosh que la UCV tiene a su disposición en la sala de trabajo del increíble Máster de Creación Digital (MCD). Para mi tesina debía simular el campo de vientos superficial acontecido en el mes de noviembre 2007 en la costa noroeste del continente africano y decidí utilizar en modernísimo y potente modelo numérico WRF, disponible en código fuente a compilar, ensamblar y optimizar por uno mismo. Una vez obtenido el viento superficial, puede derivarse la cantidad de agua que remonta desde los fondos marinos, cargada de nutrientes importantes para augurar temporadas de pesca fructíferas. Es lo que se conoce como afloramiento costero y los responsables del mismo son, principalmente, el transporte de Ekman y el efecto Coriolis.

El WRF es sin duda el modelo atmosférico más respetado y usado hoy en día. Está desarrollado por multitud de universidades e instituciones y está programado en 4 lenguajes distintos: C, C++, Fortran77 y Fortran95. Es una bestia de software que me dio muchos dolores de cabeza para crear ejecutables que no me escupieran un segmentation fault en el más inesperado de los momentos. Además, la ejecución debía realizarse empleando técnicas de MPI (computación en paralelo) si no quería pasarme días esperando un resultado, que además podía ser erróneo. ¡Qué mejor sitio que la sala Macintosh del MCD!

Me costó un montón obtener el set de utilidades del WRF listo para operar. Además, en aquel momento nos encontrábamos todavía en la transición PowerPC a Intel y la red de Mac del MCD era todavía mixta, pues se iban renovando equipos poco a poco para garantizar una transición suave y efectiva y una calidad docente adecuada. Esta mezcolanza me obligada a construir ejecutables para las dos arquitecturas: PowerPC 32Bit e Intel Core 64bit, pero lo conseguí.

Antes de lanzarme a la piscina, realicé una simulación de ejemplo que los propios desarrolladores del WRF proponen para entrar en calor: el ciclón tropical Katrina. Casi lloré de emoción cuando comprobé que todo salía, aparentemente, by the book, a pesar de que tuviera en la pantalla de mi PowerBook G4 la radiografía de uno de los fenómenos atmosféricos más devastadores de todos los tiempos.

Finalmente llegó el día de ejecutar la simulación. Instalé copias del modelo numérico compilado en cada Mac, copié las condiciones iniciales y de contorno (mapa de presiones inicial, topografía, albedo terrestre, temperatura superficial, etc.) y pulsé intro. Conforme arrancaban instancias, estás eran coordinadas mediante un Mac Mini Core 2 Duo. Este último hacía de director de orquesta y la melodía era puro cálculo numérico con una bella precisión final de 64bits. La simulación entera llevó apenas una hora, justo en el descanso de la comida. Ningún alumno del Master de Creación Digital percibió que su Mac acababa de ejecutar de manera orquestada el, por muchos considerado, mejor modelo numérico atmosférico.

Después de aquello, no me quedé ahí… me apetecía la idea de ampliar y simplificar mi idea… de dejar un sencillo y fácil de usar paquete de programas listo para funcionar. Sin instaladores, sin compiladores, sin librerías, sin complejidades relacionadas con la arquitectura de procesador. Deseaba un software merecerdor del logo Made for Mac. Poco tiempo después, y como parte de la tesina, produjimos DRAMM (Desktop Regional Atmospheric Model for Mac) y lo publicamos libre en MacUpdate y en la página de descarga de software de Apple. Puede decirse que DRAMM representaba el atmospheric modelling for the rest of us. DRAMM no era otra cosa que todas las herramientas que componen WRF ensambladas en formato universal (PowerPC-Intel) y con los ficheros de configuración necesarios para empezar en pocos minutos. Todo con una limpia interfaz drag-and-drop, o de manera más apropiada, drag-and-simulate.

Y nada más. Si este texto tiene una conclusión es justamente mi chascarrillo, pero completado un poco más: Sí, se puede hacer supercomputación barata y con buen gusto, siempre que uno esté apoyado por las personas adecuadas (José María Lajara, responsable del MCD, un buen grupo de investigación compuesto por grandes personas como Javier Alcántara, Ángela Fontán, Silvia Albarracín, Ana Blázquez, etc. y un apasionado Instituto de Ciencias Marinas de la UCV). A estas alturas, no puedo evitar acordarme del supercomputador G5 construido por la Universidad de Virginia. Nuestra implementación no fue tan impactante y no se nos mencionó en ninguna Keynote, pero funcionó.

Más información sobre esta investigación en la revista de investigación Nereis.  Un artículo de Alberto Corbi Bellot.