Xilema y floema: redes de interconexión y la evolución de las plantas.

Seguimos publicando entradas del pasado relacionadas con la patente. En este caso, a diferencia de las últimas entradas, la relación es más indirecta y el estilo es más ensayístico que técnico.

En ella comparábamos las redes de interconexión, que siempre se han asociado a supercomputadores pero que están extendiendo sus tentáculos a otras escalas más extremas (NOCsPLDs o IIs), con el “sistema nervioso” de las plantas.

Se publicó el 21 de junio de 2011, no se ha editado, y espero que el lector la disfrute tanto leyéndola como yo escribiéndola. 

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Crossbar, Fat Tree, Tofu…son palabras que a un español o a un ciudadano de América Latina quizás le suenen  más a biología de las plantas que a tecnología de supercomputación. Y sin embargo tienen que  ver tanto con lo uno (de hecho son nombres de redes de interconexión de supercomputadores) cómo,    de manera más indirecta, con lo otro.

En el post anterior hemos hablado de un artículo en el cual se evaluan estos tres tipos de redes de interconexión de supercomputadores con respecto a varios parámetros cómo su rendimiento, coste, eficiencia energética o escalabilidad.

El número 1 del TOP500, un sistema con decenas de miles de procesadores ha adoptado la red TOFU pues otras con mejor rendimiento son más caras, menos eficientes y no escalan de manera adecuada (es decir al aumentar el número de nodos que tienen que comunicarse a través de la red no mantienen el mismo rendimiento).

Esta situación dónde la escala, el número de componentes de un sistema, requiere la necesidad de innovación y produce una estructura modificada no es exclusiva de la ingenieria. También ocurre  en sistemas naturales cómo plantas o animales que mediante evolución han generado sus propias “redes de interconexión”, dónde lo que se intercambia no es necesariamente información, cómo en las interconnects de la HPC si no la materia y energia necesarios para su ciclo vital.

Por ejemplo, al igual que un supercomputador está compuesto por procesadores, una planta está compuesta por células que  captan energia y materia para transformarlas en más celulas. Durante la evolución de las plantas uno de las grandes hitos, fue la aparición del sistema vascular (xilema y floema), redes de celulas a través de las cuales se transporta y distribuye el agua y nutrientes captados por las “células raices” al resto de las celulas de la planta (a través del xilema) desde abajo hacía arriba y la energia en forma de sacarosa desde arriba (dónde se encuentran las hojas que captan la luz) hacía abajo (a través del floema).

Gracias al sistema vascular las plantas pueden beneficiarse de la división del trabajo, necesaria en este caso por encontrarse los recursos cómo energía agua y nutrientes localizados en capas diferentes del globo terrestre (la energia de los fotones en la atmósfera; agua y nutrientes bajo tierra).

Otras grandes innovaciones, posteriores al sistema vascular fueron la semilla, la flor y el fruto, están más relacionadas con la reproducción que con el automantenimiento y crecimiento. Una semilla por ejemplo es un embrión con una fuente de alimentos, protegidos por una carcasa y por lo tanto es equivalente a una memoria que contiene software, una fuente de energia y sensores que determinan cuando se desencadena el proceso de crecimiento

Actualización 13/7/2011: la evolución no ha producido, al menos en este planeta, lo que podriamos llamar la semilla universal: una semilla que fuese capaz de estudiar su entorno a través de sus sensores y generar la planta óptima, la mejor adaptada a las condiciones de dicho entorno. Esto sería equivalente al cerebro humano en la linea animal. Fin actualización.

Las plantas primitivas cómo los musgos, las algas  y otras no tienen sistema vascular. No pudieron crecer, cómo sistema mucho más allá de lo que vemos. Los helechos, coníferas y palmeras (es decir las gymnoespermae, que aportaron las semillas cómo innovación) y las angioespermae,  las plantas que aportaron cómo innovación la flor y el fruto, ordenadas por orden de aparición sí lo tienen. Dicho de otra manera, las más evolucionadas si lo tienen. Xilema y floema tienen algunos variantes, pero su periodo de innovación ya pasó. La naturaleza parece haber llegado a un óptimo en ésto.

Volviendo a los sistemas HPC, innovaciones que triplican el rendimiento de un supercomputador, cómo ha sucedido con el sistema K de Fujitsu con respecto a Tianhe-1A de Dawning, sin poder calificarse de disruptivas sí que son propias de  campos de investigación inmaduros, dónde todavía hay mucha innovación que aportar. Y se necesitan innovaciones, no olvidemos que el reto en el high end de la HPC es la computación exaescalar, que implica multiplicar por mil los rendimientos actuales (el salto con respecto a la anterior edición puede hacer ver el tema con optimismo: a un ritmo de x3 en cada actualización semestral del TOP500 se cumplirian los objetivos bastante antes de los esperado, 2018; sin embargo no parece que sector vea que esto es posible).

Terminamos con una pregunta, que recoge el testigo del post anterior ¿Tenemos ya el sistema vascular óptimo en HPC con TOFU?

P.s. Otro día hablaremos de las redes de interconexión y la evolución animal, dónde también han jugado un papel importante, sobre todo redes que procesan y transmiten información (aunque en definitiva, la información se reduce a materia o energía, es decir a física: se representa necesariamente en un soporte físico y su contenido siempre expresa elementos físicos), cómo el sistema nervioso central.

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