De 45 minutos a 8 segundos: el Clúster Científico de la UCR que abre nuevas posibilidades para la docencia
El Clúster Científico Institucional HPC permite a docentes de la UCR realizar simulaciones, cálculos complejos y análisis de grandes cantidades de información para incorporarlos en cursos y proyectos académicos. Foto: Laura Rodríguez Rodríguez.
Procesar 60 000 reseñas en segundos o completar en dos meses cálculos para un proyecto que podrían haber requerido hasta ocho son algunas de las posibilidades que docentes de la Universidad de Costa Rica (UCR) han incorporado a sus cursos mediante el Clúster Científico Institucional HPC.
Esta infraestructura de computación de alto rendimiento permite desarrollar ejercicios, simulaciones y análisis de grandes cantidades de datos que superarían las capacidades de una computadora convencional. Su uso abre nuevas posibilidades para enseñar contenidos especializados, acompañar proyectos y acercar al estudiantado a herramientas utilizadas en investigación.
¿Pero, cómo lo hace? Federico Muñoz, coordinador científico del HPC y decano de la Facultad de Ciencias, explicó que el clúster está compuesto por varias computadoras de gran capacidad conectadas entre sí. En lugar de que una sola máquina realice todo el trabajo, el sistema puede distribuir las tareas entre sus distintos recursos para resolverlas en menos tiempo.
Para dimensionar esa capacidad, una computadora convencional suele tener entre cuatro y ocho núcleos de procesamiento (componentes que permiten ejecutar tareas), mientras que cada uno de los equipos del clúster destinados a este tipo de procesamiento cuenta con 64.
Así, los procesos que podrían requerir horas, días o incluso meses en otros equipos pueden completarse en periodos mucho menores. Esto permite que el profesorado incorpore a sus cursos problemas y metodologías que antes podían estar limitados por la capacidad de las computadoras disponibles.
Federico Muñoz, coordinador científico del Clúster Científico Institucional HPC, explicó que esta infraestructura permite realizar cálculos y procesar grandes cantidades de información en tiempos mucho menores que una computadora convencional. Foto: Laura Rodríguez Rodríguez.
Una herramienta, distintos campos
Lo que se puede hacer con esa capacidad depende de cada disciplina. El clúster se ha utilizado, por ejemplo, para simular el comportamiento de las olas en un puerto, analizar grandes cantidades de información genética, estudiar nuevos materiales o procesar miles de textos y documentos.
Muñoz mencionó que en áreas relacionadas con ingeniería marítima se ha empleado para realizar modelos de oleaje, mientras que en microbiología y biología permite trabajar con grandes cantidades de información obtenida del ADN y comparar secuencias genéticas.
Las aplicaciones tampoco se limitan a las ciencias naturales. Archivística fue la primera carrera que solicitó recursos de procesamiento mediante GPU (procesadores que permiten realizar gran cantidad de cálculos de forma simultánea) para el curso Métodos de Investigación II (HA-0224) con posibilidades para trabajar con documentos, imágenes y herramientas de aprendizaje automático.
La capacidad de procesamiento del HPC se ha utilizado para realizar simulaciones del oleaje en Caldera, uno de los ejemplos de cómo esta infraestructura permite estudiar fenómenos que requieren una gran cantidad de cálculos. Foto: Laura Rodríguez Rodríguez.
Nuevas herramientas para enseñar desde Ciencias Económicas
Leonardo Castellón Rodríguez, decano de la Facultad de Ciencias Económicas y profesor de la maestría en Evaluación de Programas y Proyectos de Desarrollo, incorporó el HPC al curso Estrategias y Herramientas de Información para la Evaluación.
Una de las técnicas que utiliza es el procesamiento de lenguaje natural, que permite a las computadoras analizar textos escritos por personas e identificar, por ejemplo, temas que se repiten y opiniones expresadas.
En uno de los ejercicios se trabajó con alrededor de 60 000 reseñas públicas sobre la aplicación del Expediente Digital Único en Salud (EDUS) disponibles en Google Play Store. Analizar manualmente semejante cantidad de comentarios sería difícil, pero estas herramientas permiten examinar los textos e identificar patrones.
El docente Leonardo Castellón Rodríguez incorporó el HPC en el curso Estrategias y Herramientas de Información para la Evaluación, donde utiliza herramientas para analizar grandes cantidades de textos y encontrar patrones en la información. Imagen: cortesía de Leonardo Castellón.
La capacidad del clúster también reduce el tiempo necesario. Cuando Castellón ejecutó uno de estos análisis mediante la versión gratuita de Google Colab, una plataforma en línea para ejecutar programas, el proceso tardó cerca de 45 minutos. En el HPC de la UCR, el mismo ejercicio requirió aproximadamente ocho segundos.
Esto permite incorporar a la docencia ejercicios con grandes cantidades de información real y enseñar al estudiantado nuevas formas de encontrar tendencias y obtener información relevante a partir de miles de textos.
“Esto, sin duda, se vuelve un recurso didáctico importantísimo (...) no necesito una computadora de escritorio o portátil con gran poder computacional; puedo acceder a estos recursos que tiene la Universidad”, afirmó Castellón.
Más capacidad para acompañar proyectos
En la Sede de Occidente, Tomás Rojas Solórzano, profesor de Física e investigador del Centro de Investigación en Ciencia e Ingeniería de Materiales (Cicima), utiliza el HPC para acompañar procesos de estudiantes del curso Laboratorio Avanzado.
En este espacio, las personas estudiantes desarrollan durante uno o dos semestres un proyecto de investigación junto con un docente. Durante los últimos dos años, Rojas ha acompañado cuatro proyectos que utilizaron el clúster.
Uno estudió mediante simulaciones un material basado en carbono conocido como “nanopergamino”, para determinar si sus características podrían ser útiles en el desarrollo de baterías de aluminio, una de las alternativas que se investigan frente a las baterías de litio.
El profesor Tomás Rojas Solórzano ha utilizado el HPC para acompañar cuatro proyectos estudiantiles en los últimos dos años, entre ellos investigaciones sobre materiales con posibles aplicaciones en baterías de aluminio. Foto: Laura Rodríguez Rodríguez.
La parte principal del proyecto pudo completarse en, aproximadamente, dos meses. Rojas estima que, con los recursos computacionales que tenía anteriormente, esos cálculos habrían requerido entre seis y ocho meses.
La reducción de esos tiempos permite desarrollar investigaciones de mayor complejidad durante el periodo en que el estudiantado lleva el curso y obtener resultados que puedan analizarse como parte de su proceso de formación.
Para Rojas, el HPC también amplió su capacidad para acompañar proyectos. Estima que, sin esta infraestructura, probablemente habría podido atender solo uno de los cuatro que desarrolló durante este periodo.
¿Cómo pueden utilizarlo las personas docentes?
Aunque los equipos están instalados en la Ciudad Universitaria Rodrigo Facio, no es necesario trasladarse hasta San Pedro para utilizarlos. El acceso puede realizarse de manera remota, por lo que docentes y estudiantes autorizados pueden conectarse desde otras sedes y recintos.
Muñoz explicó que el uso del HPC ha aumentado desde su puesta en funcionamiento y que actualmente registra alrededor de 75 proyectos. Sus recursos son aprovechados en áreas como física, química, bioinformática, microbiología, economía y archivística, entre otras.
El personal docente puede solicitar acceso al HPC para incorporarlo en sus cursos y proyectos. Una vez aprobada la solicitud, recibe una inducción para aprender a utilizar la infraestructura, que puede realizarse de manera virtual o presencial. Imagen: sitio web HPC.
Para utilizarlo en un curso, el personal docente puede ingresar al sitio del Clúster Científico Institucional HPC, seleccionar “Solicitar servicio” y completar el formulario con la información del curso, el trabajo que desarrollará y las personas estudiantes que necesitarán acceso.
Una vez recibida la solicitud, el equipo coordina la capacitación y la creación de las cuentas para docentes y estudiantes. La inducción puede ser virtual o presencial y, cuando se requiere, el personal puede trasladarse a otras sedes de la Universidad.
Así, no es necesario tener experiencia previa en computación de alto rendimiento. El acompañamiento permite que docentes de diferentes disciplinas incorporen esta infraestructura a sus cursos y amplíen las posibilidades de enseñanza sin que la capacidad de una computadora personal determine hasta dónde puede llegar una actividad académica.
