Informatika sortu zenetik —eta are gehiago superkonputagailuak sortu zirenetik—, zientzialariak eta ingeniariak gauza dira prozesu fisiko oso konplexuen portaera simulazio-tekniken bidez aztertzeko. Hain zuzen ere, UPV/EHUko Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saileko eta Materialen Fisika Saileko ikertzaileak lankidetzan ari dira atzerriko hainbat unibertsitateko ikertzaileekin batera (besteak beste, Universidade de Coimbra, Universitat de Barcelona, Lawrence Livermore National Laboratory, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, University of Liege), teoria jakin batzuetan oinarrituz fotosintesiaren prozesua aztertzeko, oraindik ez baita ondo ulertzen landareek nola xurgatzen duten argia.

Landareen fotosintesiaz arduratzen den molekula LHC-II da (Light Harvesting Complex II), 17.000 atomoz baino gehiagoz osatua, eta zientzialariek ez dakite molekula horrek nola jokatzen duen argi-fotoiak heltzen zaizkionean. Halako molekula handien simulazioak egin ahal izateko, konputagailu konplexuak eta programa aurreratuak behar dira. Joseba Alberdi UPV/EHUko ingeniari informatikoak horren inguruko tesia egin du, Informatika Fakultateko Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saileko ALDAPA taldearen eta Kimika Fakultateko Nano-Bio Spectroscopy taldearen lankidetzari esker.

Errendimendu handia lortzea helburu

Kalkuluak egiteko erabili duten OCTOPUS software-paketean, bi teoria baliatzen dira, zeinak mekanika kuantikoa birformulatuz sortu eta elektroi-dentsitatean oinarritzen baitira. Teoria horiekin lortu da mekanika kuantikoa ordenagailu bidez ebatzi ahal izatea; izan ere, "bestela, zuzenean ebatzi ezin diren ekuazio konplexuegiak sortzen dira, baita gaur egungo superkonputagailu bizkorrenentzat ere", adierazi du Alberdik. "Zoritxarrez, tamaina errealeko sistemak simulatzeko, exekuzio-denbora oso handiak behar dira, eta, irtenbide bakarra superkonputagailuak erabiltzea da", erantsi du. Lan honetan, munduko superkonputagailu azkarrenetako batzuk erabiltzeko aukera izan dute: Alemaniako Juqueen (458.752 prozesatze-nukleo edo core), Italiako Fermi (163.840 nukleo), Alemaniako Hydra (65.320 nukleo) eta Bartzelonako MareNostrum III (48.896 nukleo), besteak beste.

Joseba Alberdi ikertzailearen tesiaren helburua izan da OCTOPUS kodea optimizatzea eta errendimendu handia lortzea, superkonputagailuetan egiten diren kalkuluetan azelerazio-faktore egokiak erdiesteko. Izan ere, kode hori prozesadore askotan exekutatu ahal izateko, hainbat memoria- eta errendimendu-arazo konpondu behar izan dira. Nahiz eta LHC-II molekula osorik exekutatzea erronka bat izaten jarraitzen duen, haren atal garrantzitsuak simulatzea lortu dute. "5.759, 4.050 eta 6.075 atomoko sistemak simulatu ditugu; guk dakigula, sekula egin diren simulazio handienak dira", adierazi du ikertzaileak. Simulazio horietan frogatu ahal izan dute teoria bat datorrela errealitatearekin. "Simulazio horiek aukera emango digute, lehen aldiz, fotosintesian gertatzen diren lehenengo femtosegundoetako (10–15 s) erreakzioak ulertzeko", azaldu du. Era berean, aplikazioan egin diren hobekuntzei esker, tamaina horretako beste hainbat sistema simulatu ahal izango dira, eta, software librea denez, fisikariek eskura daukate kodea.

Informazio osagarria

Joseba Alberdi (Zumarraga, 1986) ingeniari informatikoa da, eta Sistema Informatiko Aurreratuetako masterra du. High performance computing for electron dynamics in complex systems izeneko tesia egin du Konputagailuen Arkitektura eta Teknologia Saileko ALDAPA taldean (Informatika Fakultatea) eta Materialen Fisika Saileko Nano-Bio Spectroscopy taldean (Kimika Fakultatea), Javier Muguerzaren eta Angel Rubioren zuzendaritzapean.

Proiektuaren zati garrantzitsuenaren kalkuluak Nano-Bio Spectroscopy taldearen superkonputagailuarekin eta Bartzelonako MareNostrum III superkonputagailuarekin egin dituzte.

Erreferentzia bibliografikoak

J. Jornet-Somoza, J. Alberdi-Rodriguez, B.F. Milne, X. Andrade, M.A.L. Marques, F. Nogueira, M.J.T. Oliveira,  James J. P. Stewart and A. Rubio. "Insights into colour-tuning of chlorophyll optical response in green plants", Physical Chemistry Chemical Physics, July 2015.

X. Andrade, D. Strubbe, U. Giovannini, A.H. Larsen, M.J.T. Oliveira, J. Alberdi-Rodriguez, A. Varas, I. Theophilou, N. Helbig, M. Verstraete, L. Stella, F. Nogueira, A. Aspuru-Guzik, A. Castro, M.A.L. Marques, A. Rubio. "Real-space grids and the Octopus code as tools for the development of new simulation approaches for electronic systems", Physical Chemistry Chemical Physics, February 2015.

J. Alberdi-Rodriguez, M.J.T. Oliveira, P. García-Risueño, F. Nogueira, J. Muguerza, A. Arruabarrena, A. Rubio. "Computational Science and Its Applications--ICCSA 2014". Lecture Notes in Computer Science Volume 8582, pages 607-622, 2 July 2014.