{"id":996,"date":"2018-02-20T11:01:02","date_gmt":"2018-02-20T14:01:02","guid":{"rendered":"http:\/\/157.92.27.101\/?p=996"},"modified":"2022-03-29T10:41:05","modified_gmt":"2022-03-29T13:41:05","slug":"computacion-para-experimentar-con-sistemas-complejos","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/icc.fcen.uba.ar\/en\/computacion-para-experimentar-con-sistemas-complejos\/","title":{"rendered":"Computaci\u00f3n para experimentar con Sistemas Complejos"},"content":{"rendered":"

\u00bfQu\u00e9 tienen en com\u00fan el lanzamiento de un sat\u00e9lite al espacio, la din\u00e1mica de los fluidos y la investigaci\u00f3n sobre el origen del universo? En todos estos ejemplos, aparentemente distantes entre s\u00ed, se utiliza modelado y simulaci\u00f3n computacional, m\u00e9todos fundamentales que recurren a la computadora como laboratorio de investigaci\u00f3n.<\/strong><\/em><\/p>\n

En el \u00e1rea de Modelado y Simulaci\u00f3n Computacional del ICC se estudia la naturaleza y los sistemas de las ingenier\u00edas apoyados en tecnolog\u00edas de la informaci\u00f3n y las comunicaciones. Frecuentemente no es posible realizar un experimento porque resulta muy costoso, riesgoso o complejo llevarlo a cabo mediante ensayos tradicionales. Por este motivo, a trav\u00e9s de modelos formales l\u00f3gico-matem\u00e1ticos, o modelos ciber-f\u00edsicos, se formalizan estructuras y reglas de comportamiento para un sistema bajo estudio permitiendo indagar su evoluci\u00f3n en el tiempo. Esto hace posible razonar sobre el modelo, que es una abstracci\u00f3n de la realidad, mediante “experimentos” del tipo “qu\u00e9 pasar\u00eda si…”, explorando las consecuencias de realizar cambios sobre el sistema original y su entorno.<\/span><\/p>\n

Para generar una simulaci\u00f3n por computadora, primero se define cu\u00e1l es el fen\u00f3meno que se quiere estudiar (ingenieril, f\u00edsico, qu\u00edmico, biol\u00f3gico, meteorol\u00f3gico, socioecon\u00f3mico, urbano, etc.) o combinaciones de ellos. Luego se proponen ecuaciones matem\u00e1ticas que rigen el comportamiento del fen\u00f3meno. Una vez establecidas esas f\u00f3rmulas, para que se transformen en resultados pr\u00e1cticos cuantitativos, es necesario usar recursos computacionales y, en particular, software eficiente para modelado y simulaci\u00f3n. De este modo, el conjunto de t\u00e9cnicas que se usan para resolver los modelos num\u00e9ricos constituye la denominada simulaci\u00f3n por computadora o modelo computacional, que trata de imitar la realidad del fen\u00f3meno y capturar aquellas caracter\u00edsticas elegidas como principales por el investigador.<\/span><\/p>\n

Uno de los desaf\u00edos que se presentan en este \u00e1rea de trabajo es el de poder combinar en un mismo modelo diversos fen\u00f3menos f\u00edsicos\/naturales con fen\u00f3menos humanos\/sociales, lo que suele requerir la confecci\u00f3n de modelos h\u00edbridos.<\/span><\/p>\n

\u201c<\/span>Si imaginamos por ejemplo el caso de una inundaci\u00f3n en una ciudad combinado con el tr\u00e1nsito vehicular, por un lado existe software para modelar y simular tr\u00e1nsito urbano y, por otro lado, herramientas para estudiar el comportamiento de fluidos, pero modelar la interacci\u00f3n entre ambos fen\u00f3menos puede ser muy complicado<\/span><\/i>\u201d, explica Rodrigo Castro<\/strong>, investigador del ICC, doctor en ciencias de la computaci\u00f3n y profesor en el Departamento de Computaci\u00f3n de Exactas-UBA.<\/span><\/p>\n

Inundar a prop\u00f3sito una ciudad para entender su funcionamiento o generar un atasco real de tr\u00e1fico ser\u00eda inviable y absurdo, tanto por sus riesgos como por los costos que ello implica. Para abordar este tipo de escenarios se utiliza simulaci\u00f3n y control h\u00edbrido (combinaci\u00f3n de sistemas discretos y continuos) y computaci\u00f3n distribuida (sistemas y plataformas de c\u00f3mputo paralelo y distribuidos).<\/span><\/p>\n

En un modelo continuo, lo f\u00edsico ser\u00eda por ejemplo el comportamiento del agua o de la temperatura ambiente, que se modela mediante ecuaciones bien conocidas. En cambio la parte discreta ser\u00eda c\u00f3mo reacciona un conductor ante la emergencia de calles anegadas, si frena o sigue, d\u00f3nde dobla o retoma una calle, etc., lo que se conoce como un sistema de agentes m\u00f3viles. Este tipo de combinaciones de fen\u00f3menos de distinta naturaleza suelen dar lugar a sistemas complejos, aquellos que no admiten soluciones con un \u00fanico tipo de teor\u00eda. \u201c<\/span>Es fundamental considerar cu\u00e1l es la escala de tiempo (segundos, minutos, horas o d\u00edas) en la que ocurren los eventos que se pretenden simular, por ejemplo para el caso de la inundaci\u00f3n y el comportamiento de peatones y conductores. Combinar escalas de tiempo grandes y peque\u00f1as es una tarea compleja si se quiere obtener resultados en tiempos razonables<\/span><\/i>\u201d, expone el investigador.<\/span><\/p>\n

El ICC y el experimento ATLAS en CERN<\/b><\/p>\n

En el a\u00f1o 2013, el Departamento de Computaci\u00f3n se sum\u00f3 a una iniciativa de la Organizaci\u00f3n Europea para la Investigaci\u00f3n Nuclear (CERN con sede en Ginebra, Suiza) para incorporar colaboraciones espec\u00edficas en computaci\u00f3n, siguiendo un modelo ya consolidado internacionalmente para el \u00e1rea de f\u00edsica. En este contexto, el grupo de Simulaci\u00f3n de Eventos Discretos, del \u00c1rea de Modelado y Simulaci\u00f3n del ICC, dirigido por Castro, mantiene una colaboraci\u00f3n permanente con el experimento ATLAS en CERN. ATLAS es uno de los detectores del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, ocasionalmente popularizado como \u201cm\u00e1quina de Dios\u201d), un anillo de 27 km de circunferencia ubicado 100 metros bajo tierra. En dicho ATLAS se explora la naturaleza fundamental de la materia que nos rodea y las fuerzas elementales que dan forma al universo. M\u00e1s de 3000 cient\u00edficos de 38 pa\u00edses colaboran actualmente en ATLAS. <\/span><\/p>\n

El grupo de becarios e investigadores de Exactas desarrollan nuevos algoritmos y m\u00e9todos de modelado y simulaci\u00f3n computacional, abarcando desde la simulaci\u00f3n de la trayectoria de part\u00edculas subat\u00f3micas hasta la simulaci\u00f3n de redes de datos, <\/span>data centers<\/span><\/i> y <\/span>clusters<\/span><\/i> que procesan en tiempo real unas 40 millones de colisiones de part\u00edculas por segundo (como referencia, se estima que el detector de colisiones de part\u00edculas de ATLAS genera y procesa entre 60 y 80 Terabytes por segundo, lo que equivale a un orden cercano a dos veces el tr\u00e1fico mundial de Internet). El trabajo es riguroso y se aspira a no perder ni un byte de informaci\u00f3n durante la captura y filtrado de datos de la f\u00edsica. Los datos que son considerados \u00fatiles se almacenan permanentemente para que, luego, equipos de f\u00edsicos de todo el mundo pueda analizarlos. \u201c<\/span>Dise\u00f1ar estas redes y clusters para que sean eficientes y procesen cada vez m\u00e1s informaci\u00f3n es un desaf\u00edo de una escala enorme. Gran parte de las decisiones que se toman sobre c\u00f3mo dise\u00f1ar sus redes y protocolos toman en cuenta resultados provistos por el modelado, simulaci\u00f3n y control autom\u00e1tico de infraestructuras de c\u00f3mputo intensivo<\/span><\/i>\u201d, afirma Castro.<\/span><\/p>\n

Y concluye: \u201c<\/span>proveemos mecanismos para evaluar los futuros dise\u00f1os de las redes de datos y definir nuevas arquitecturas de procesamiento. En esta instancia los estudiantes de grado y doctorado del grupo toman las problem\u00e1ticas de ATLAS como contexto para sus temas de tesis, hacen estad\u00edas de investigaci\u00f3n en el CERN y los mejores avances en nuevos modelos y motores de simulaci\u00f3n se traducen en publicaciones cient\u00edficas del \u00e1rea<\/span><\/i>\u201d.<\/span><\/p>\n

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\"Computaci\u00f3nArgentina y el CERN<\/b><\/p>\n

En su reciente publicaci\u00f3n <\/span>\u201cArgentina y el CERN\u201d<\/span><\/a> el Ministerio de Relaciones Exteriores y Culto, a trav\u00e9s de la <\/span>Misi\u00f3n Permanente de la Rep\u00fablica Argentina ante los Organismos Internacionales en Ginebra<\/span><\/a> puso de relieve la contribuci\u00f3n de cient\u00edficos argentinos a los experimentos que operan en el LHC, el mayor experimento en f\u00edsica del mundo, en donde <\/span>el grupo de Simulaci\u00f3n de Eventos Discretos del ICC viene desarrollando un rol importante.<\/span><\/p>\n<\/blockquote>\n

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