Resumen de todas las charlas.

• Reposicionamiento de Fármacos para el SARS-CoV-2.
• Nuevas Supercomputadoras en el Cono Sur.
• ¿Sueñan las Computadoras con sus propias Baterías? La Ciencia y el Cómputo del Litio en Argentina.
• Aceleradores de Cómputo y Ciencia.
• Simulaciones de Dinámica Molecular para el estudio de mecanismos de acción de moléculas bioactivas.
• El Sol, Laboratorio Natural de Plasma en Condiciones Extremas.
• Flujos compresibles de alta velocidad y reactivos: modelado y simulación numérica.
• Machine Learning a lo Grande en Argentina.
• ¿Qué es un TOP500 y cómo se lo cría? [presentación] [video]

Aprovechando la posibilidad y necesidad de hacer videoconferencias, impulsamos desde el CCAD-UNC un Ciclo de Charlas destinadas a mostrar para que y porqué el HPC es importante para el desarrollo científico en Argentina.

Las charlas serán cada miércoles a las 18 hs a partir del miércoles 9 de septiembre. A través de la Sala de Conferencias Remota se podrá hacer preguntas luego de la exposición y también el contenido estará disponible en vivo para cualquiera que quiera sólo asistir. Las charlas tendrán 1 hora de duración y habrá 30 minutos para preguntas del público.

Sala de conferencias: https://meet.google.com/fjv-faqa-peu
Streaming: https://youtu.be/A3kp1Rz1Ye4
Poster en PDF. (© Marcos Mazzini)

Notas

• «El rector Juri participó en la apertura del ciclo de charlas del CCAD«, Comunicación de la UNC, 20200910.

Miércoles 9 de septiembre, 18hs

Reposicionamiento de Fármacos para el SARS-CoV-2

Claudio Cavasotto (UAustral),
Marcos Villarreal (FCQ-UNC)

El uso de fármacos conocidos para tratar el SARS-CoV-2 causante del COVID-19 es una de las tantas estrategias en esta pandemia. Esto se conoce técnicamente como drug repurposing y dos grupos de investigadores e investigadoras están trabajando en este enfoque utilizando recursos computacionales del CCAD-UNC.
Claudio Cavasotto y su grupo de Diseño Computacional de Fármacos e Informática Biomédica del IIMT-CONICET y la Univesidad Austral, trabajan con técnicas de química cuántica para las simulaciones.
Por otra parte Marcos Villareal, del Departamento de Química Teórica y Computacional de la FCQ-UNC, tienen un acercamiento de dinámica molecular clásica al mismo problema.
Su trabajo fue anteriormente reseñado por el CCAD en «Infraestructura del CCAD y COVID-19«. En esta charla profudizarán conceptos y se conocerá el uso que se hizo y que se hará de los recursos computacionales.

Registro de las charlas y ronda de preguntas.

Miércoles 16 de septiembre, 18hs

Nuevas Supercomputadoras en el Cono Sur

Ginés Guerrero (NLHPC, Chile),
Sergio Nesmachnow (ClusterUy, Uruguay) y
Santiago Iturriaga (ClusterUy, Uruguay).

2019 fue un buen año para el HPC del Cono Sur ya que se incorporaron dos equipos importantes de HPC. Por un lado Guacolda en el NLHPC de Chile y por el otro ClusterUy en el Centro Nacional de Supercomputación del Uruguay. Ambas máquinas tienen una potencia de cálculo pico que superan los 100 TFLOPS, lo que las posiciona entre las más grandes de esta parte de Latinoamérica.
Durante la charla Ginés, Sergio y Santiago nos presentarán las máquinas y nos contarán el uso que le están dando tanto en Chile como en Uruguay.

Miércoles 23 de septiembre, 18hs

¿Sueñan las Computadoras con sus propias Baterías?
La Ciencia y el Cómputo del Litio en Argentina

Ezequiel Leiva (FCQ-UNC, LaES),
Manuel Otero (FaMAF-UNC, LaES)

Actualmente, se fabrican por año más de 10.000 millones de baterías (que representan 300 GWh y 45.000 millones de US$) de Ión-Litio y estos números están aumentando, se estima 10 veces mayor para el año 2030. Para lograr una mayor penetración en el mercado, por ejemplo, para vehículos pesados y almacenamiento de energía para la red eléctrica, deben diseñarse baterías avanzadas a fin de lograr eficiencias aún mayores, menores costos de producción, poco o ningún mantenimiento y una gran seguridad.

En nuestro Laboratorio de Energías Sustentables (LaES, laesunc.com) realizamos desarrollos experimentales de nuevos materiales para baterías, acompañados por estudios teóricos y computacionales. Estos últimos se basan en utilizar principios generales de la ciencia para interpretar, explicar y anticipar los resultados experimentales. En el campo de la batería, adoptan la forma de modelos matemáticos y ecuaciones que son resueltas por supercomputadoras. Estos modelos son la forma de lograr una mayor comprensión de los diseños existentes y predecir las propiedades y el rendimiento de los nuevos diseños de baterías. La ventaja es un costo bajo en comparación con las investigaciones experimentales extensas, por lo que el modelado puede impulsar la innovación y los avances tecnológicos y reducir el tiempo de comercialización de nuevos diseños. Se hará un breve análisis del estado actual de la investigación en baterías y de la potencialidad de la computación de alto desempeño para contribuir a resolver los problemas planteados.

Miércoles 30 de septiembre, 18hs

Aceleradores de Cómputo y Ciencia

Diego Masone (IHEM-CONICET, UNCuyo),
Alejandro Kolton (CONICET, Instituto Balseiro-UNCuyo, Centro Atómico Bariloche-CNEA)

Diego y Alejando han logrado un salto muy importante de productividad en simulaciones utilizando aceleradores de cómputo. Diego utilizando Xeon Phi, Alejandro las GPUs de NVIDIA.
Diego nos mostrará su microscopio acelerado:

La supercomputación utilizada como herramienta para entender fenómenos biológicos nos da una capacidad sin precedentes. Mediante distintas técnicas de simulaciones computacionales podemos hoy investigar cómo las proteínas interaccionan entre sí y cómo llevan a cabo procesos esenciales para la maquinaria celular. Así, las supercomputadoras funcionan como un poderoso microscopio para modelizar y predecir eventos de la biología a nivel atomístico. Por ejemplo, el diseño racional de fármacos a través de simulaciones numéricas es ya un estándar en las industrias farmacéuticas, que utilizan el microscopio computacional para «ver» cómo una molécula interacciona con una proteína de manera dinámica, como si viésemos una película molecular sobre la que podemos hacer ajustes y cambios a nuestro gusto.

Mientras que Alejando va en la otra dirección, generando un poderoso macroscopio a partir de las aceleradoras:

La Física de la Materia Condensada engloba una innumerable cantidad de sistemas físicos que tienen como denominador común la existencia de muchísimos grados de libertad interactuando entre sí, con campos exteriores, y con el ambiente donde están sumergidos. Basándose en modelos matemáticos efectivos y en la mecánica estadística, la teoría de la materia condensada intenta describir cómo esa miríada de constituyentes conspiran colectivamente para hacer, por ejemplo, que la nieve fresca en un cerro se desestabilice disparando peligrosas avalanchas, o que un material se vuelva espontáneamente magnético o superconductor. La simulación numérica apareció como una herramienta teórica complementaria y necesaria a las limitadas técnicas analíticas, pero la calidad de sus predicciones depende fuertemente de la capacidad de cálculo disponible. Con algunos ejemplos concretos de investigación en materia condensada, en la charla les contaré cómo el uso de aceleradores gráficos puede ayudar a mejorar sustancialmente la calidad de las predicciones de distintos modelos de la física computacional, y de cómo ciertas bibliotecas pueden facilitar enormemente la escritura de código paralelo eficiente.

Miércoles 7 de octubre, 18hs

Simulaciones de Dinámica Molecular para el estudio de mecanismos de acción de moléculas bioactivas

Virginia Miguel (IIBYT-CONICET, FCEFyN-UNC),
Marcelo Puiatti (FCQ-UNC).

Las simulaciones de la dinámica molecular (molecular dynamics — MD) de sistemas biológicos son herramientas que permiten profundizar el estudio de mecanismos e interacciones con detalle molecular. A su vez, permiten responder cuestiones en muchos casos no accesibles a nivel experimental y, en contraposición, se fortalecen cuando pueden ser contrastados con ensayos in-vitro. Sin embargo, este tipo de MD, tanto de todos los átomos que lo componen, como en la escala de tiempo de los procesos que en estos sistemas se llevan a cabo, requieren una alta capacidad de cálculo, el cual se vuelve crucial para este tipo de abordajes.

Las membranas biológicas juegan un rol crucial en los sistemas vivos, ya que no solo delimitan las células y permiten que los procesos biológicos ocurran en compartimentos específicos, sino que a su vez contienen una gran cantidad de moléculas funcionales como enzimas, receptores y canales que poseen funciones de señalización y permiten la existencia de estados de no equilibrio. A su vez, constituyen complejos ensambles multi-moleculares que poseen una organización dinámica y propiedades físicas únicas que son cruciales en una gran cantidad de procesos celulares.  Además, son de alta relevancia en la regulación de los procesos celulares la comunicación del interior con el exterior de la célula, como entre los compartimientos intracelulares, los cuales ocurren a través de distintos mecanismos de transporte como lo son los canales iónicos de membranas y las interacciones droga-membrana.

En esta charla presentaremos resultados de dos líneas de investigación:

Modulación de la actividad del receptor GABAA mediada por compuestos naturales bioactivos. (Dra. Virginia Miguel): Nos enfocamos en el estudio de compuestos naturales bioactivos capaces de actuar como fármacos o como insecticidas selectivos. Abordamos la interacción de estos compuestos naturales tanto con una proteína específica, bajo el modelo ligando-receptor, como también evaluando la modulación que pueden ejercer sobre el entorno del receptor, la membrana lipídica.

Empleo de Ftalocianinas como agentes de Terapia Fotodinámica (Dr. Marcelo Puiatti): En nuestra línea de investigación se sintetizan distintos derivados de ftalocianinas, y se estudia su aplicación como agentes de terapia fotodinámica. Estos compuestos altamente aromáticos son poco solubles en agua, sin embargo, en formulaciones liposomales, compuestas por bicapas lipídicas, su efectividad aumenta considerablemente. En estos sistemas empleamos MD para estudiar estas formulaciones, y para analizar la relación entre la estructura de la ftalocianina y sus propiedades. Estudiamos cómo mejorar las propiedades de la Ftalocianas para utilizarlas en terapias contra el cancer, o como antimicrobianos para prevenir enfermedades intrahospitalarias.

Miércoles 14 de octubre, 18hs

El Sol, Laboratorio Natural de Plasma en Condiciones Extremas

Andrea Costa (IATE-CONICET/UNC-CONICET),
Mariana Cécere (OAC-UNC, IATE-CONICET/UNC).

El Sol es el laboratorio natural en el que Andrea y Mariana pueden estudiar procesos espontáneos del plasma en condiciones energéticas extremas. Estos estudios, además de contribuir al conocimiento de la física del plasma, nos permiten hacer aportes a la predicción del clima espacial atendiendo al interés actual por los eventos solares catastróficos que impactan sobre la magnetósfera terrestre.
La baja corona es la parte de la atmósfera solar controlada por campos magnéticos dándole una estructura filamentosa y dinámica y que se encuentra a una temperatura de algunos millones de grados centígrados, valores muy difíciles de reproducir en laboratorios terrestres.
Un ejemplo de lo que sucede es el viento solar rápido, generado en agujeros coronales que se propaga a unos 800km/seg e impacta en la Tierra en forma de partículas que ingresan en los polos produciendo el fenómeno de las auroras.
Otro ejemplo son las tormentas solares, producidas por eyecciones coronales de masa, donde diez mil millones de toneladas de plasma son expulsados en pocas horas, viajan hacia el medio interplanetario y son capaces de llegar a la Tierra y afectar los sistemas de comunicación y navegación terrestre así como la red eléctrica interconectada.
Todo esto lo hacemos con simulaciones o experimentos numéricos que modelan las condiciones físicas extremas del plasma y requieren de gran capacidad de procesamiento y almacenamiento.

Miércoles 21 de octubre, 18hs

Flujos compresibles de alta velocidad y reactivos: modelado y simulación numérica

Juan P. Saldía (IDIT-UNC-CONICET, FCEFyN-UNC),
Luis F. Gutiérrez Marcantoni (IDIT-UNC-CONICET, FCEFyN-UNC).

Flujos compresibles de alta velocidad y reactivos son centrales en diversos problemas de ingeniería aeroespacial. En la aerodinámica de vehículos aeroespaciales en el régimen hipersónico, la alta transferencia existente entre los modos de energía cinética y térmica del gas son tales que modifican la composición química, dando lugar a un fuerte acoplamiento entre estas, el campo de movimiento y la transferencia
de calor sobre el cuerpo. Otro ejemplo relevante lo constituye la combustión supersónica, en la que entender la interacción entre un flujo de alta velocidad y la cinética química es crucial para el estudio de los mecanismos y dinámica de la combustión.
La dinámica de fluidos computacional (CFD) tiene un rol protagónico en el estudio de este tipo de flujos, ya que permite no solo complementar los modelos analíticos y estudios experimentales, sino que también presenta una alta versatilidad al momento de explorar distintas condiciones y configuraciones, tal como es de interés en aplicaciones de ingeniería.
Presentaremos actividades de investigación del Departamento de Aeronáutica de la FCEFyN-UNC y el Grupo de Mecánica de Fluidos Aeroespaciales del IDIT-UNC-CONICET.
Juan Pablo describirá el desarrollo de metodologías computacionales aplicadas a la simulación numérica de flujos hipersónicos durante la reentrada atmosférica de vehículos aeroespaciales.
Luis F. Gutiérrez Marcantoni, mostrará desarrollos realizados en el campo de los flujos químicamente activos utilizando la estructura de datos ofrecida por el código de libre distribución OpenFOAM. En particular, se abordará el solver rhoCentralRfFoam, el cual, utilizando el esquema de volúmenes finitos de Kurganov permite la solución numérica de procesos detonantes en combustión supersónica.

Miércoles 28 de octubre, 18hs

Machine Learning a lo Grande en Argentina

Laura Alonso (FaMAF-UNC),
Enzo Ferrante (sinc(i)-CONICET),
Milagro Teruel (FaMAF),
Cristian Cardellino (FaMAF).

Laura, Enzo, Milagro y Cristian son cuatro referentes de aprendizaje automático (ML) en Argentina. Laura, Milagro y Cristian hacen Procesamiento de Lenguaje Natural (NLP), Enzo Visión por Computadora (CV). Todas/os entrenan modelos relevantes, pero achicados. Downsampling y lotes pequeños para el caso de Enzo, lo que produce un entrenamiento menos que ideal, que luego tiene que ser validado generando más trabajo. En el caso de Cristian, Milagro y Laura tienen modelos muy grandes, y, en general, no los pueden entrenar, a veces, ni siquiera hacer el fine-tuning. Como están en esta situación, tienen que usar modelos que entrenaron otros, en particular, grandes corpus extranjeras, y en consecuencia pierden soberanía.