La directora del Centro Hartley, Kate Royce, se sentó con la editora de la Plataforma de Innovación, Maddie Hall, para discutir el trabajo innovador del Centro, los proyectos colaborativos y el impacto más amplio del papel del Centro en la aceleración de la transformación digital.
El Hartley Centre desempeña un papel fundamental en el avance de la informática de alto rendimiento y la tecnología digital en el Reino Unido. Comprometido a abordar desafíos complejos a través de técnicas computacionales avanzadas, el centro está dando forma a un futuro impulsado por la tecnología. Aproveche la inteligencia artificial (IA) y la ciencia de datos para mejorar los procesos, mejorar la atención al paciente dentro del NHS y acelerar los ciclos de investigación y desarrollo.
La editora de Innovation Platform, Maddie Hall, habló con Kate Royce, directora del Hartley Center, para profundizar en el trabajo innovador y los proyectos colaborativos del Centro, y explorar las implicaciones más amplias del papel del Centro en impulsar la transformación digital.
¿Puede darnos una descripción general del Hartley Center y su papel en el avance de la informática de alto rendimiento?
El Hartley Center se creó en 2012 con el objetivo de mejorar la productividad, la innovación y el crecimiento económico del Reino Unido a través de la informática y otras tecnologías digitales. Ayudamos a empresas y organizaciones del sector público del Reino Unido a explorar e implementar computación de alto rendimiento, así como tecnologías de ciencia de datos, nube, computación cuántica y inteligencia artificial. El entorno informático está evolucionando rápidamente, por lo que nuestra cartera de tecnología y experiencia evoluciona constantemente. Debemos permanecer a la vanguardia de las tecnologías digitales experimentales para asesorar y ayudar a otras organizaciones en su propia implementación e integración.
El Centro Hartley forma parte del Consejo de Instalaciones Científicas y Tecnológicas (STFC) y de Investigación e Innovación del Reino Unido (UKRI) y se basa en un rico patrimonio científico establecido y una red de experiencia internacional.
El Hartley Center transforma la informática de alto rendimiento en aplicaciones del mundo real. Un ejemplo notable es nuestro trabajo con Alder Hey para abordar los desafíos dentro del NHS. ¿Puede contarnos más sobre este proyecto, los desafíos específicos que pretende resolver y el progreso realizado hasta ahora?
Nuestro último proyecto con Alder Hey Children’s Hospital está investigando cómo la tecnología digital avanzada puede transformar los horarios del personal del NHS. El objetivo de este proyecto es desarrollar una solución de inteligencia artificial que facilite la planificación de turnos complejos y permita a los médicos dedicar menos tiempo a tareas administrativas y más tiempo a los pacientes. Esto respalda la salud general del personal, mejora la planificación de la fuerza laboral y mejora la eficiencia operativa sin comprometer la atención al paciente.
Hemos tenido una asociación a largo plazo con Alder Hey Children’s NHS Foundation Trust durante más de siete años, tiempo durante el cual hemos trabajado en una variedad de proyectos de innovación digital, desde reducir la ansiedad en pacientes jóvenes a través de una aplicación amigable de chatbot hasta mantener al personal informado sobre los últimos avances durante la pandemia de coronavirus.
¿Qué avances está logrando el Centro Hartley, en asociación con la Universidad de Swansea, en el campo del descubrimiento de materiales solares utilizando IA? ¿Puedes describir el marco Helios y explicar sus posibles beneficios?
Hemos estado trabajando con la Universidad de Swansea a través del programa del Centro Nacional Hartley para la Innovación Digital (HNCDI) para desarrollar un canal de IA que pueda acelerar el descubrimiento de células solares de próxima generación. Este nuevo enfoque es interesante porque tiene el potencial de acortar los ciclos de I+D, reducir los residuos y apoyar la innovación sostenible en materiales fotovoltaicos. Tradicionalmente, el descubrimiento de materiales mejorados para células solares orgánicas de alto rendimiento se ha basado en enfoques experimentales de prueba y error, costosos y que consumen mucho tiempo. Nuestro equipo desarrolló el marco Helios, que combina datos de estructuras moleculares con mediciones de dispositivos de células solares. Utilice el aprendizaje profundo para predecir la eficiencia de la conversión de energía y reducir la lista de materiales prometedores para la validación experimental. Permitir una detección virtual rápida de materiales candidatos puede reducir significativamente la cantidad de experimentos necesarios para identificar combinaciones de alto rendimiento.
Describa otros proyectos e iniciativas notables en los que el Hartley Center está trabajando actualmente en el área de la informática de alto rendimiento.
Una de nuestras asociaciones clave en este momento es nuestro Fusion Computing Lab con la Agencia de Energía Atómica del Reino Unido (UKAEA). El laboratorio tiene como objetivo construir gemelos digitales de dispositivos de energía de fusión que ayudarán a hacer realidad la fusión comercial. La combinación de nuestra experiencia en supercomputación, inteligencia artificial y ciencia de datos con la experiencia de UKAEA en energía de fusión acelerará las soluciones de diseño digitales que reducen la necesidad de creación de prototipos del mundo real, costosos y que requieren mucho tiempo. Nos asociamos con pequeñas empresas pioneras, universidades y expertos en ingeniería para permitir y comercializar la convergencia.
También trabajamos con la Agencia Meteorológica de Japón para desarrollar modelos de pronóstico del tiempo y predicción del clima, algo que hemos estado haciendo durante más de 10 años. La interrupción de los viajes debido al severo clima invernal experimentado en el Reino Unido puede costarle a la economía cientos de millones de libras al día, por lo que hacer que estos modelos sean lo más precisos y eficientes posible tiene un enorme impacto tanto en la economía como en la vida diaria de las personas.
El Hartley Center está comprometido a ampliar los límites de la tecnología cuántica. ¿En qué avances específicos en tecnología cuántica se centra el Centro Hartley y cómo cree que estos desarrollos afectarán a varias industrias en el futuro cercano?
Nuestro trabajo en computación cuántica se centra en ayudar a las industrias a estar «preparadas para lo cuántico» mediante la integración de la computación cuántica con los sistemas HPC existentes a través de flujos de trabajo híbridos, herramientas de software y simulaciones a gran escala. En el futuro, a medida que las tecnologías cuánticas maduren, campos como el farmacéutico, el sanitario, el energético y el de materiales avanzados podrán abordar eficazmente problemas complejos.
Por ejemplo, recientemente nos asociamos con E.ON e IBM para investigar la viabilidad de aplicar la computación cuántica para optimizar la combinación de fuentes de energía y la demanda para una distribución de energía más inteligente, en particular equilibrando la oferta y la demanda de energía regional. A largo plazo, este enfoque podría permitir una transición de sistemas rígidos y centralizados a redes inteligentes y adaptables que maximicen la eficiencia energética y generen resiliencia nacional.
Un ejemplo de nuestro trabajo en el campo cuántico es una simulación que realizamos en colaboración con IBM y el Laboratorio Nacional de Física. ¿Cómo mejora un enfoque híbrido que combina supercomputación clásica y recursos cuánticos la simulación de materiales complejos en comparación con los métodos informáticos tradicionales?
Esperamos que las computadoras cuánticas se destaquen en la simulación de cómo los materiales responden a cambios ambientales repentinos, como cambios en los campos magnéticos o un enfriamiento rápido, representando directamente cómo se comportan las partículas según la física cuántica. Sin embargo, preparar el estado cuántico inicial consume una gran cantidad de los recursos limitados de una computadora cuántica, lo que a menudo deja poca capacidad para simulaciones reales. Esto crea un cuello de botella que limita las capacidades de simulación. Esto equivale a consumir la mayor parte del combustible sólo para llegar a la línea de salida de una carrera.
En muchas simulaciones de ciencia de materiales, el estado entrelazado inicial, o «línea de partida», requiere un circuito cuántico profundo que sólo las simulaciones más simples y cortas pueden seguir. Esto ha limitado significativamente la complejidad de los materiales cuánticos que los investigadores pueden estudiar con hardware cuántico tolerante a fallos.
En colaboración con IBM y el Laboratorio Nacional de Física, nuestro equipo ha descubierto que un enfoque híbrido cuántico-clásico proporciona lo mejor de ambos mundos al utilizar la supercomputación clásica para reducir significativamente los recursos cuánticos necesarios para preparar estados.
Este enfoque funciona porque muchos de estos estados cuánticos iniciales se pueden representar de manera eficiente en computadoras clásicas utilizando redes tensoriales. Las redes tensoriales son una forma de aproximarse a sistemas cuánticos que requieren grandes cantidades de datos conectando muchos bloques pequeños de información en lugar de almacenar un objeto gigante. Al utilizar cálculos clásicos para descubrir circuitos cuánticos «atajos», preservamos el poder del hardware cuántico en áreas críticas, como la simulación de la dinámica más compleja.
¿Puede explicarnos más detalladamente la importancia de la supercomputadora Mary Coombs y qué capacidades aportará al Hartley Center?
Nuestras supercomputadoras Mary Coombs seguirán proporcionando a las empresas y al sector público del Reino Unido la potencia informática que necesitan para convertir ideas ambiciosas en soluciones del mundo real, desde el descubrimiento de fármacos hasta la investigación climática. Mary Coombs está basada en GPU y está diseñada para procesar cargas de trabajo de IA, visualizaciones avanzadas y conjuntos de datos grandes y complejos de forma más rápida y eficiente que nunca.
Es importante actualizar periódicamente su infraestructura digital para mantenerse al día con el ritmo internacional de progreso en la tecnología digital. Para lograr este objetivo, Mary Coombs ofrece 10 veces el rendimiento de Scafell Pike de la generación anterior y al mismo tiempo aumenta la eficiencia energética.
Una supercomputadora con un sistema de 24,41 petaflops puede realizar 24,41 quintillones de cálculos en coma flotante por segundo. A modo de comparación, se necesitarían unos 773 millones de años para alcanzar el mismo número si hiciéramos un cálculo por segundo.
El sistema recibió su nombre en honor a Mary Coombs, la primera programadora comercial de Gran Bretaña. Esto representa la misión del Hartley Center de hacer que la supercomputación (y las tecnologías digitales relacionadas) sean accesibles y estén actualizadas en la industria del Reino Unido.
La supercomputadora, ubicada en el Instituto de Investigación Daresbury del STFC, también se considera un activo nacional importante para la región de la ciudad de Liverpool, ya que refuerza la posición del Noroeste como centro de tecnología avanzada, habilidades digitales y empleos de alto valor.
¿Cuáles son los desafíos y limitaciones de la tecnología informática de alto rendimiento actual? ¿Cómo los está abordando el Hartley Center?
Para muchas empresas y organizaciones, el simple hecho de acceder a los recursos de HPC puede resultar difícil debido a limitaciones financieras y barreras de conocimiento. Ésa es exactamente la cuestión que pretendemos abordar como centro. Nuestra misión principal es facilitar que las organizaciones del Reino Unido prueben y adopten la tecnología HPC, para que puedan aumentar la productividad, mejorar la competitividad y obtener beneficios económicos.
El hardware como las GPU y la infraestructura de soporte son costosos de adquirir, ejecutar y mantener, por lo que ofrecer HPC a través de una plataforma como servicio, combinado con el acceso a expertos en computación y datos que pueden desmitificar la tecnología, ayuda a las empresas a eliminar las barreras de costos y conocimiento.
La complejidad técnica de los sistemas informáticos de alto rendimiento también puede dificultar mucho la resolución de problemas de seguridad de la información. El Hartley Center aborda este problema operando un sistema de gestión certificado de forma independiente según la norma ISO 9001+27001.
¿Qué tendencias futuras prevé en la informática de alto rendimiento?
Existe un enorme apetito, tanto a nivel internacional como en el Reino Unido, por seguir desarrollando la computación cuántica y cosechar sus beneficios económicos. Basta mirar el reciente anuncio del gobierno del Reino Unido de que gastará £2 mil millones para establecer al Reino Unido como líder mundial en innovación cuántica. El objetivo del Reino Unido es convertirse en el primer país del mundo en comprometerse a fabricar e implementar computadoras cuánticas a escala para principios de la década de 2030, marcando el comienzo de una nueva era de la informática que podría agregar £200 mil millones a la economía para 2045.
También estamos viendo cambios en toda la sociedad en la forma en que las personas y las organizaciones utilizan la IA, a medida que se vuelve más accesible y generalizada. Esto significa que probablemente seguiremos viendo cambios económicos a medida que las industrias y las organizaciones individuales decidan cómo implementar, integrar y/o limitar la IA de manera más integral. Esto va acompañado de una presión cada vez mayor para desarrollar políticas, regulaciones y orientaciones éticas y socialmente responsables en torno a la IA para evitar posibles consecuencias no deseadas.
Puede ser difícil «mantenerse al día» con la orientación y la regulación en áreas como la IA con los últimos avances tecnológicos, pero el equipo del HeartTree Center está muy interesado en participar en estas discusiones con las partes interesadas, contribuir a la política gubernamental cuando corresponda y tener el máximo cuidado en la responsabilidad ética y social cuando se trabaja en programas y proyectos industriales financiados por el HeartTree Center.
Este artículo se publicará en una próxima publicación de enfoque especial de HPC.
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