Brasil obtuvo una posición de realce frente la comunidad científica internacional con la entrada del Laboratorio de Física Experimental de Altas Energías (Lafex), del Centro Brasileño de Investigaciones Físicas (CBPF), y del Grupo de Iones Pesados Relativistas (Griper), del Instituto de Física de la Universidad de São Paulo (USP), para el selecto equipo de computación grid que participan de la red LHCONE, administrada por la Organización Europea para la Investigación Nuclear (Cern).

En operación desde 2011, LHCONE es un servicio de infraestructura de redes concebido exclusivamente para los proyectos del mayor acelerador de partículas del mundo, el Large Hadron Collider (LHC). En él, ocurren experimentos que generan una cantidad de datos tan gran que excede los recursos del propio data center del Cern, de 100 petabytes, el equivalente a 700 años de películas en calidad Full HD. Por eso, el procesamiento de esos datos se distribuye por 150 centros de computación distribuidos en 40 países, que forman la mayor computación grid del mundo, la WLCG (Worldwide LHC Computing Grid).

Para garantizar mayor seguridad y prioridad de los datos, además de mejor flujo y desempeño de red, el LHCONE funciona como una red sobrepuesta a la red física existente, interconectando varias páginas de instituciones que abrigan computación grid colaboradoras del LHC, a través de las redes académicas. Es el caso del Lafex, que, en julio de 2015, pasó a cumplir los requisitos mínimos de red exigidos por el Cern para integrar la red exclusiva.

Sin embargo, para que eso ocurra, ha sido necesario superar algunos problemas de desempeño, una vez que el CBPF está conectado a la red académica brasileña de manera indirecta, por la red metropolitana del Río (Red Río), con una capacidad de banda que evolucionó hasta llegar actualmente a 10 Gb/s.

Desde 2010, el área de Investigación y Desarrollo de la Red Nacional de Educación y Investigación (RNP), que opera la red académica brasileña, empezó a verificar las transferencias de datos realizadas por el Lafex, para encontrar posibles fallos en el camino entre el laboratorio y el backbone nacional y después en las conexiones internacionales hasta Europa. “Usamos la plataforma de monitoreo perfSONAR, que ayudó a hacer viable donde los problemas estaban ocurriendo en ese trayecto”, declaró el gerente de Redes de Experimentación de RNP, Alex Moura.

Además de RNP, contribuyeron para el suceso alcanzado la Red-Río/Faperj y equipos de grandes backbones internacionales de la Cooperación Latinoamericana de Redes Avanzadas (RedCLARA), de Géant y del Cern. Parte del proyecto recibió financiación del Programa de Capacitación Institucional (PCI) del Ministerio de Ciencia, Tecnologia e Innovación (MCTI).

Computación Grid en América Latina

CBPF colabora con el Cern por el proyecto LHCb (Large Hadron Collider beauty), que investiga las diferencias entre la materia como se conoce y la antimateria, al estudiar un tipo de partícula llamado B-quark. Esas partículas son lanzadas tras la colisión en el acelerador y capturadas por una serie de subdetectores presentes en el LHC. El proyecto cuenta con la colaboración de aproximadamente 700 científicos de 66 diferentes instituciones y universidades.

La computación grid con mayor capacidad de procesamiento de datos en América Latina es la del Griper, del Instituto de Física de USP, que recibe aproximadamente un 75% de todo el procesamiento del LHC en la región. Recién incorporado a la red LHCONE, el Griper participa de los proyectos LHCb y Alice. En ese último, se miden las colisiones de iones pesados, como el plomo, para estudiar un nuevo estado de la materia, el llamado Plasma de Quarks y Gluones. Compuesto por los elementos más básicos de la materia, él puede explicar temas complejos de la física, como el origen del universo.

En agosto de 2015, el Griper también fue responsable por el upgrade de equipos del LHC para el procesamiento de datos de Alice. El chip, bautizado de Sampa, y desarrollado en alianza con la Escuela Politécnica de USP, es uno de los equipos que registrarán en imágenes el momento exacto de esas colisiones.

La tercera computación grid brasileña conectada al LHC es la del Centro de Análisis e Investigación de São Paulo (Sprace), de la Universidade Estadual Paulista (Unesp). El Sprace contribuye para el proyecto CMS (Compact Muon Solenoid), detector que usa un gran imán para identificar el camino de las partículas producidas por las colisiones en el acelerador. Ese proyecto fue imprescindible para la descubierta de la partícula subatómica Bosón de Higgs y de la composición de la materia oscura, qué direccionó los estudios actuales en Astronomía.

Otra computación grid que procesa datos del proyecto CMS está ubicada en el Laboratorio de Física de Altas Energías (HEPGrid), de la Universidad del Estado del Río de Janeiro (Uerj). En diciembre de 2014, con el apoyo de RNP, el HEPGrid participó del evento Supercomputing, donde se rompió un récord mundial de transmisión de datos. El grupo llegó a una tasa de transmisión de aproximadamente 1,4 terabits por segundo, sustentada por un periodo prolongado. La tasa máxima ya obtenida en el Supercomputing era de 750 Gb/s. El éxito fue acreditado al uso de la tecnología SDN, de redes definidas por software.

De acuerdo con datos de febrero de 2014, el CMS es uno de los mayores experimentos científicos internacionales de la historia, por involucrar 4,3 mil profesionales, entre físicos de partículas, ingenieros, técnicos y estudiantes de 182 instituciones de investigación de 42 países.

El LHC

El LHC fue construido entre França y Suiza y cuenta con un túnel de 27 kilómetros de circunferencia de superconductores electromagnéticos, donde ocurre la colisión de partículas. Él se administra por el Cern, creado tras el fin de la Segunda Guerra Mundial. El LHC cuenta actualmente con cuatro experimentos: el Alice, el Atlas, el LHCb y el CMS. Juntos, ellos tienen la participación de 8 mil investigadores de todo el mundo, incluso de centros de investigaciones brasileños.

La computación grid que atiende el LHC se divide en cuatro niveles o capas, los “Tiers”, de 0 a 3. El T0 es el datacenter del Cern, por donde pasan todos los datos producidos por el LHC en su formato bruta hasta llegar al nivel T1. Ese último consiste en 11 centros de computación, en los Estados Unidos, Europa y China, de porte suficiente para almacenar todos los datos generados por el acelerador y responsables por reprocesarlos a gran escala y distribuirlos para los de nivel T2, dirigidos para tareas más específicas. Brasil tiene cuatro clusters de nivel T2: el Lafex, del CBPF, el Griper, de USP, el Sprace, de Unesp, y el HEPGrid, de Uerj.