Los superordenadores son herramientas para la creación y el desarrollo de simulaciones y modelos de estados y procesos. Los usos y el aprovechamiento del rendimiento de estas potentes herramientas dependen fundamentalmente de la pericia, la imaginación y esfuerzo de nuestros investigadores.

Los Superordenadores se utilizan a diario para:

• Predecir el comportamiento de los mercados de valores internacionales
• Diseñar nuevos materiales y fármacos
• Elaborar predicciones meteorológicas
• Investigar factores relacionados con el cambio climático
• Diseñar y predecir el comportamiento de estructuras y materiales
• Estudiar la propagación de enfermedades epidémicas
• Realizar cálculos de estructuras, estudiar tensiones, predecir la propagación de fracturas
• Analizar el comportamiento de fluidos, diseñar piezas aerodinámicas, etc.

La modelización por ordenador de una gran variedad de sistemas físicos ha alcanzado el punto donde la realidad puede ahora ser simulada con un alto grado de fiabilidad. Los modelos físicos de sistemas reales, ya sea la atmósfera, la turbulencia, el caos, la combustión en sistemas químicos/mecánicos, los vehículos automotores y aerospaciales, las máquinas, las moléculas de proteínas, los procesos industriales o económicos, etc., pueden ser suficientemente detallados para utilizarse para predicciones verídicas. De esta manera la computación avanzada es más y más un instrumento para el desarrollo de la sociedad y para la competitividad industrial a todos los niveles, y no está limitada a un sector industrial específico.

La simulación empleando superordenadores complementa (cuando no reemplaza) cada vez más a los experimentos y a los modelos a escala en un amplio rango de aplicaciones científicas, de ingeniería y comerciales. En algunas áreas industriales, tales como el diseño de aviones, vehículos espaciales, grandes estructuras resistentes, barcos y coches es ya una necesidad ineludible. En otras, los científicos e ingenieros están realizando grandes avances en el diseño de moléculas para medicamentos, enzimas, catalizadores y nuevos materiales. El tiempo transcurrido desde la concepción de un nuevo producto hasta su introducción en el mercado y el coste de su proceso de diseño pueden reducirse drásticamente con la ayuda de la simulación por ordenador. Todo esto, combinado con la exactitud alcanzada en reproducir la realidad, tiene el efecto de aumentar substancialmente la competitividad de la industria al reducir costes y mejorar la calidad. Al mismo tiempo hay áreas donde los superordenadores deben utilizarse para establecer los métodos y modelos de simulación física más eficientes.

El impacto en la sociedad de los superordenadores no está limitado a sus beneficios en la industria, el comercio y los servicios. Incluye el estudio de la propagación de enfermedades, el reconocimiento y traducción de lenguajes naturales, los cambios globales de clima o la compleja dinámica de los sistemas económicos. Es bien conocido que los principales problemas que afectan a nuestra sociedad son de naturaleza mundial y necesitan estudiarse y resolverse a esta escala. En muchos casos, la ausencia de datos completos, como los referentes a la atmósfera y la biosfera, o a la población mundial, hace que se desarrollen criterios subjetivos para realizar predicciones. Esto requiere la comprensión de sistemas muy complejos, cuyo comportamiento solamente puede ser totalmente asimilado y predecible con precisión por medio de una modelización detallada empleando ordenadores de altas prestaciones.

A continuación se explicitan algunos ejemplos de interés.

La gestión del Medio Ambiente (atmósfera/agua/tierra) y la predicción del cambio climático es un ejemplo característico. Distintas organizaciones gubernamentales ya han invertido grandes sumas en nuevas técnicas para observar la atmósfera y el océano y en nuevos programas de investigación enfocados a evaluar el efecto del genero humano en el ambiente. Así es bien conocido, que los modelos numéricos de la atmósfera y el océano juegan un papel importante en el estudio del clima. Sin embargo, por ejemplo, la evaluación completa de la respuesta global y regional del efecto invernadero debido al aumento de la concentración de gases proveniente de fuentes antropogénicas, requerirá el uso de modelos climáticos más sofisticados que los existentes. Hoy en día se requieren aumentos significativos en la precisión y el uso de modelos computacionales de la física y la química mucho más precisos y con un mayor coste computacional.

Otro ejemplo típico es el diseño de nuevas moléculas o materiales y es básico para las industrias química y farmacéutica. Combinado con desarrollos en biotecnología, se pueden diseñar y producir nuevas proteínas, obteniéndose nuevos productos que tendrán impacto en la vida cotidiana. Las estrategias tradicionales para el diseño de nuevos componentes involucra métodos inteligentes de prueba y error. La modelización computacional está tan solo comenzando a hacer impacto en el proceso de diseño. Sin embargo, este diseño aún consume mucho tiempo y dinero. Un aumento considerable en potencia computacional es necesario para acelerar el diseño de nuevos productos, lo que permitirá un mayor nivel de competitividad en nuestra industria química. Al desarrollarse totalmente, los modelos computacionales incorporarán una combinación de simulación, búsqueda en bases de datos y visualización, y ahorrarán al diseñador tiempo de experimentación en laboratorio con la consiguiente reducción de coste. Ello requerirá aumentar al menos mil veces la potencia computacional disponible actualmente. Se prevé que la aplicación de las técnicas de modelación molecular a este nivel será imperativo para que las industrias químicas, farmacéutica y biotecnológica puedan seguir siendo innovadoras y competitivas a nivel internacional.

La optimización es otro ejemplo de la necesidad de disponer de modelos matemáticos precisos de la realidad y ordenadores potentes. La optimización es una aplicación relativamente nueva para los superordenadores y es cada vez más importante en las operaciones de grandes industrias y compañías de servicio. La solución de grandes problemas de optimización es casi siempre crítica: las decisiones deben tomarse en tiempo real para responder a situaciones que evolucionan rápidamente. La diferencia entre buenas soluciones de estos problemas y soluciones óptimas o cercanas a la óptima, pueden significar el ahorro de grandes sumas de dinero. Las principales aplicaciones de la optimización incluyen el diseño de formas estructurales complejas, la planificación de la inversión, la planificación y distribución de la producción, el trazado de carreteras, la planificación de rutas y de personal, etc. La ayuda de los superordenadores a través de una mejor interacción investigador-ordenador da un realce esencial al poder creativo del ser humano y permite incorporar a las decisiones de diseño un mayor conjunto de elementos concretos de importancia técnica, económica y empresarial.

La Inteligencia Artificial (IA) se beneficiará del procesamiento simbólico gracias a los superordenadores de altas prestaciones, la IA produce aplicaciones de cierto, aunque limitado, valor comercial, pero trae consigo la perspectiva de aplicaciones más atractivas comercialmente si el procesamiento rápido requerido, unido a un software sofisticado y sistemas de bases de datos flexibles puede obtenerse a un coste aceptable. Ejemplos de tales aplicaciones podrían ser los sistemas de lenguaje natural en tiempo real, las técnicas de toma de decisiones en problemas combinatorios, tales como problemas de programación en tiempo real, los modelos para análisis financieros y otras muchas.