JUPITER, el primer supercomputador exascale de Europa instalado en el Forschungszentrum Jülich de Alemania, corre sobre Superchips NVIDIA Grace Hopper y networking NVIDIA Quantum-X800 InfiniBand. Tuvo un primer año cargado.
Mientras la comunidad internacional de supercomputación se reúne en ISC, en Hamburgo, esta semana, cuatro proyectos sobre JUPITER apuntan a qué puede hacer realmente el cómputo exascale: mapear el cerebro humano a escala celular, simular el clima de la Tierra entera con 1 km de resolución, construir sistemas de IA para la próxima generación de redes inalámbricas y simular un computador cuántico universal de 50 qubits.
"Con JUPITER, Europa no solo se suma a la era exascale, la lidera, en el rango más amplio de ciencia e IA de cualquier sistema en el mundo", dijo Thomas Lippert, director del Jülich Supercomputing Centre y profesor en la Goethe University Frankfurt.
Cuatro proyectos, detallados abajo, comparten un eje común: problemas científicos que eran inalcanzables en hardware previo ahora son tratables a escala exascale.
¿Cómo se mapea el cerebro con un foundation model?
El proyecto Jülich Brain Atlas, anclado en el Institute of Neuroscience and Medicine de Jülich con socios Helmholtz AI, hospitales colaboradores y otras instituciones Helmholtz, produjo CytoNet, un foundation model para análisis de la microarquitectura cerebral.
La complejidad del cerebro humano es asombrosa. Con 86 mil millones de neuronas y unos 100 billones de conexiones entre ellas, entender la función cerebral a resolución de una sola neurona estaba fuera de alcance, hasta ahora.
La investigación está liderada por la neurocientífica Katrin Amunts y el científico informático Christian Schiffer en el INM-1, el Institute of Neuroscience and Medicine de Jülich. El modelo aprende de datos de imagenología cerebral a escala celular y construye un mapa que enlaza estructuras celulares individuales con patrones más amplios de organización y función cerebral.
El entrenamiento corrió en JUPITER en menos de cinco días, usando 6,5 petabytes de datos provenientes de 21 cerebros post-mortem sobre 4.096 Superchips NVIDIA Grace Hopper. Un paper que describe el trabajo está disponible en arXiv.
"Por primera vez, no solo estamos usando IA para analizar el cerebro, estamos construyendo un agente que puede pensar el experimento por sí mismo", dijo Katrin Amunts, directora del INM-1 en Forschungszentrum Jülich y profesora de investigación cerebral en la Heinrich Heine University Düsseldorf. "Eso cambia lo que será la neurociencia, y JUPITER es lo que permite poder decirlo hoy".
Ese agente es el próximo paso del equipo: construir un agente de IA para investigadores del cerebro, integrando razonamiento multimodal, interfaces de lenguaje y capacidades de Q&A usando modelos abiertos, incluyendo NVIDIA Nemotron 3 120B, avanzando hacia asistentes de IA que ayuden a científicos a interrogar datos cerebrales directamente.
¿Qué significa simular el clima a 1 km de resolución?
Una nueva configuración del modelo ICON, desarrollada por investigadores del ETH Zurich, el Centro Alemán de Cómputo Climático (DKRZ), el Jülich Supercomputing Centre (JSC), el Max Planck Institute for Meteorology, NVIDIA, el Swiss National Supercomputing Centre (CSCS) y la University of Hamburg, ganó el Premio Gordon Bell de Modelización Climática en SC25 el pasado noviembre.
El avance no es solo la resolución. ICON es el primer modelo en simular un sistema terrestre acoplado a 1 km de resolución, con océano, atmósfera y tierra, biogeoquímica y el ciclo completo del carbono, con intercambios de carbono entre todos los componentes. Puede simular y visualizar ecosistemas completos, como floraciones de fitoplancton y pastoreo de zooplancton. Los sistemas anteriores podían modelar partes de esto; ICON corre todo. Eso permite una simulación mucho más precisa y completa de la Tierra, observable a ese nivel de detalle por primera vez.
Corriendo sobre 20.480 Superchips NVIDIA Grace Hopper en JUPITER, el modelo simuló aproximadamente 146 días de clima real en 24 horas de cómputo, marcando un récord mundial en simulación climática global. La participación de NVIDIA en la comunidad ICON suma más de una década.
"Nuestras simulaciones resuelven los vientos a escala fina, los remolinos oceánicos y la mezcla de la capa superior del océano que dan forma a los ecosistemas marinos y regulan la captura de carbono por el océano", dijo Daniel Klocke, líder del grupo de infraestructura computacional y desarrollo de modelos en el Max Planck Institute for Meteorology. "A una resolución global de apenas 1 kilómetro, muchas de estas interacciones emergen directamente de las leyes de la física en lugar de ser aproximadas. Eso nos da una vista sin precedentes de cómo trabajan en conjunto la atmósfera, el océano y la biósfera, ayudándonos a entender los procesos que mueven nuestro clima cambiante".
¿Qué tiene que ver JUPITER con 6G?
En marzo, Ericsson y Forschungszentrum Jülich anunciaron una colaboración para desarrollar IA destinada a la evolución continua de 5G y para redes 6G, con JUPITER como el motor de cómputo para entrenamiento y pruebas de modelos de IA a gran escala.
La colaboración apunta a arquitecturas inspiradas en el cerebro diseñadas para manejar operaciones de red complejas a costos energéticos mucho menores.
Las prioridades de investigación incluyen modelos de IA para las redes de radio y core de Ericsson, inferencia de IA energéticamente eficiente en el borde de la radio usando enfoques neuromórficos y conceptos de arquitectura modular de supercomputación extraídos del trabajo exascale del JSC.
Récord cuántico: 50 qubits simulados
Investigadores del Jülich Supercomputing Centre, trabajando con el NVIDIA Application Lab que operan en conjunto, marcaron un récord mundial al simular completamente un computador cuántico universal de 50 qubits, superando el récord previo de 48 qubits.
La simulación fue posible gracias a la arquitectura de memoria coherente y estrechamente acoplada CPU-GPU de los Superchips NVIDIA GH200 Grace Hopper de JUPITER, que permite que los datos que exceden los límites de la memoria GPU se derramen sin fricción hacia la memoria CPU con pérdida mínima de desempeño. Eso le permitió a JUPITER mantener un estado cuántico muchísimo más grande del que la memoria GPU sola puede sostener, lo que empujó la simulación más allá del récord de 48 qubits.
Por ahora, ese tipo de simulación es la herramienta más potente que tiene la investigación cuántica: el hardware cuántico de hoy todavía no supera a las computadoras clásicas en problemas útiles, así que simular máquinas cuánticas a la mayor escala posible es la forma en que los investigadores diseñan y prueban bajo estrés los algoritmos que el hardware futuro va a correr.
Este potente simulador cuántico, JUQCS-50, estará disponible para explorar el desempeño de diseños de algoritmos cuánticos dentro de JUNIQ, la instalación de usuarios de computador cuántico del JSC, liderada por Kristel Michielsen, directora del JSC y profesora en la University of Cologne. JUQCS-50 convierte al primer sistema exascale de Europa en un banco de pruebas potente para los supercomputadores cuántico-GPU del mañana.
¿Por qué este conjunto importa?
El rango de ciencia corriendo en JUPITER (neuronas, atmósfera, infraestructura inalámbrica y cuántica) construye el argumento de que el cómputo exascale dejó de ser una categoría de investigación para volverse producción. Los resultados son una prueba de concepto para la plataforma Grace Hopper en la frontera de la ciencia. Para investigadores en Chile y LatAm, JUPITER también es relevante por acceso: el JSC opera con esquemas de proposal abiertos que históricamente han incluido equipos chilenos en astronomía, modelación atmosférica y QCD. Un foundation model como CytoNet entrenado en 5 días sobre 4.096 GH200 marca el orden de magnitud al que ahora compiten los grupos académicos locales para postular tiempo de cómputo.
