Una computación eficiente energéticamente y de inspiración natural
Los llamados superordenadores suelen utilizarse para abordar una serie de problemas complejos desde un punto de vista tecnológico y social, tales como la previsión meteorológica y la investigación climática, así como la modelización molecular, las simulaciones de planes de vuelo y la aerodinámica de vehículos espaciales. Un desafío clave, no obstante, es que estos superordenadores consumen grandes cantidades de electricidad. Así, el desarrollo de ordenadores cada vez más potentes se topa con el obstáculo de la capacidad limitada de refrigerar sus procesadores. «Los ordenadores requieren una gran cantidad de electricidad por cálculo», explica el coordinador del proyecto Bio4Comp, Heiner Linke, de la Universidad de Lund (Suecia). «Si un problema requiere un gran número de operaciones, normalmente lleva asociado un considerable coste energético. Esto supone un desafío, no solo en cuanto al coste y la sostenibilidad, sino también simplemente por la gestión del calor». Además, a los superordenadores no siempre se les da bien hacer muchas cosas a la vez. Esto puede provocar que sean ineficientes a la hora de calcular cuestiones complejas, como la asignación de recursos en procesos industriales.
Computación basada en redes
El proyecto Bio4Comp, financiado con fondos europeos, se propuso abordar estos desafíos impulsando nuevos avances en la denominada biocomputación basada en redes. Este método de computación en paralelo, que aprovecha la potencia y la eficiencia de máquinas biomoleculares, está pensado para solucionar problemas complejos con un bajo coste energético y en unos plazos razonables. «Imagínese un chip de ordenador que funciona con tan solo unos nanogramos de biocombustible, en lugar de con kilovatios de electricidad», afirma Linke. Esto permitiría utilizar una cantidad de energía mucho menor que los ordenadores convencionales y contribuiría a abordar cuestiones relacionadas con el consumo de energía y la disipación del calor.
Utilización de máquinas moleculares
El proyecto se propuso alcanzar esta meta combinando dos ideas originales. En primer lugar, el equipo, que consiste en canales nanométricos grabados en un chip de silicio. Estos canales forman un laberinto que representa un algoritmo matemático. «En segundo lugar, utilizamos biomoléculas que exploran todas las vías posibles a través del laberinto y, de este modo, realizan la operación matemática real», añade Linke. Cada una de estas máquinas biomoleculares, filamentos citoesqueléticos impulsados por motores moleculares, tan solo mide varias milmillonésimas partes de un metro (nanómetros). Cuando llegan a un cruce en la red, sea añaden un número a la suma que están calculando o lo dejan fuera. De ese modo, cada biomolécula actúa como un ordenador minúsculo. Mientras que una biomolécula individual es mucho más lenta que un ordenador actual, se autoensamblan de tal modo que se pueden utilizar en grandes cantidades y acumulan rápidamente su potencia de computación. El equipo del proyecto logró comprobar su modelo de biocomputación basada en redes con una serie de problemas matemáticos específicos que requerían un número muy elevado de cálculos. «Nos centramos en dos problemas, llamados Exact Cover y Satisfiability, pero creemos que hay otros problemas en los que la arquitectura de biocomputación basada en redes podría ser especialmente eficaz y adecuada», señala Linke.
Digitalización neutra en carbono
El proyecto Bio4Comp ha demostrado que la biocomputación basada en redes es un enfoque viable para la resolución de problemas computacionales complejos, con un consumo de energía considerablemente menor que los procesadores electrónicos. «Hemos presentado una plataforma de computación con un consumo de energía varios órdenes de magnitud menor que la computación electrónica», observa Linke. «Esta es nuestra aportación hacia una industria digital neutra en carbono». Evidentemente, todavía existen importantes retos en relación con la ampliación de la escala de la tecnología. El proyecto aborda estos desafíos en una hoja de ruta que identifica las necesidades tecnológicas y científicas clave para ampliar la escala de la NBC. «En particular, identificamos índices de referencia tecnológicos que deben alcanzarse o superarse, así como posibles soluciones para ello», añade Linke. Por ejemplo, métodos para la producción a gran escala de redes físicas a nanoescala.
Palabras clave
Bio4Comp, energía, computación, biomolecular, carbono, digitalización, superordenadores
