Los científicos del Centro de Investigación en Computación (CIC-IPN), Marco Antonio Ramírez Salinas y Luis Alfonso Villa Vargas, desarrollaron el primer procesador mexicano que constituirá la semilla para construir las supercomputadoras del futuro en Europa.
Hace 13 años estos investigadores desarrollaron un teléfono celular seguro, cuyos conocimientos cimentaron la iniciativa Lagarto, bajo la cual se desarrolló el procesador mexicano que hoy acoge el Centro de Supercomputación de Barcelona (BSC).
Se trata de una sorprendente noticia porque nuestro país no cuenta con la infraestructura mínima en el área estratégica del diseño de microprocesadores y supercomputadoras. Se opta por importar y no contamos con tecnología propia en materia de microprocesadores, sistemas operativos, computadoras, conmutadores de redes de datos y software de aplicación. Hay un desinterés del Estado hacia la industria de las Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (TIC) y desafortunadamente en las universidades mexicanas hay poca tradición para el estudio de arquitectura de computadoras y mucho menos en diseño de procesadores.
Es muy loable que el IPN, por medio de sus expertos del grupo de Microtecnología y Sistemas Embebidos, rompa la dependencia tecnológica y presente el procesador Lagarto, que de acuerdo con el profesor Mateo Valero Cortés, de la Universidad Politécnica de Cataluña, ya es un elemento muy importante para la institución que dirige, el BSC, puesto que “auspicia un movimiento en los centros de supercomputación de toda la Unión Europea (UE) que persigue fomentar el desarrollo y la utilización de procesadores RISC-V con una intención muy clara: conseguir que la supercomputación europea no tenga la dependencia que respecto de los procesadores estadunidenses tiene actualmente”.
Además, entre el IPN, la Universidad Politécnica de Cataluña y la BSC hay una alianza para formar recursos humanos de alto nivel a través de programas de posgrado de competencia internacional. Actualmente se han concluido 20 tesis de maestría y doctorado y se han impartido 21 talleres de forma gratuita a profesores y alumnos del IPN sobre arquitectura y diseño de procesadores y fundamentos de fabricación de circuitos integrados.
Independencia en tecnologías
Contactado por Vértigo, el doctor Víctor Hugo Ponce, titular del Laboratorio de Microtecnología y Sistemas Embebidos, revela que “el proyecto Lagarto comenzó en 2010 bajo la premisa de desarrollar gradualmente bloques de proceso para conformar la arquitectura completa de un procesador de tipo RISC-V de bajo consumo de energía y de alto desempeño. Técnicamente RISC-V es una arquitectura para desarrollar procesadores soportados por un conjunto reducido de instrucciones (RISC, por sus siglas en inglés) y con enfoque hacia el hardware abierto.
Recuerda que pasaron nueve años para poder fabricar el primer chip en mayo de 2019. “El primer diseño físico a nivel de circuito integrado se realizó a través de la compañía Taiwan Semiconductor Manufacturing Company (TSMC), por medio de su nodo tecnológico de 65 nm. En otoño del mismo año se recibieron 100 procesadores Lagarto con los que se comenzaron las pruebas a nivel eléctrico en tarjetas de desarrollo en el instituto tecnológico BSC”.
Empleando novedosas técnicas de microarquitectura y criptografía se concretó el procesador Lagarto cuya relevancia consiste en que este diseño se puede emplear en numerosas aplicaciones que impactan en muchos sectores, como el de salud, la industria automotriz y la industria de consumo electrónico. Esto significa que Lagarto se puede integrar en muchas de las aplicaciones donde hoy en día se utilizan microprocesadores embebidos.
“Como propietarios del diseño podemos escalarlo y agregarle otros bloques de circuitos analógicos para poder conformar sistemas de cómputo embebido. Por ejemplo, incorporando en el plano del silicio convertidores de señal y filtros podemos emplear Lagarto para medir y amplificar señales débiles provenientes de algún órgano del cuerpo humano, como el flujo respiratorio, la presión sanguínea, entre otras bioseñales, y procesarlas en el lugar donde se recolectan a través de un solo circuito integrado (biochip) permitiendo la miniaturización y la reducción de consumo de energía. La información recolectada y procesada puede ser enviada a un dispositivo externo de manera inalámbrica o mediante un enlace por cable para su posterior almacenamiento y análisis”, comparte Ponce.
Igualmente, este científico destaca que lo más importante es el diseño del procesador enteramente mexicano, ya que eso muestra el ingenio, el talento y la creatividad de parte de nuestros estudiantes de posgrado. Queda claro que la manufactura se realizó a través de una de las fábricas de semiconductores, quien recibió el diseño y se limitó a fabricarlo, en este caso TSMC.
Especialista en plataformas computacionales para sistemas neuromórficos, explica que Lagarto se aplicará en equipos que monitorean el flujo respiratorio en pacientes que requieren respiración asistida. Pero su uso no se limita solamente a la solución de este problema, dado que los microprocesadores se emplean por todas partes, desde hornos de microondas, refrigeradores, automóviles, teléfonos celulares, dispositivos médicos, por solo citar algunos casos de aplicación.
Por su arquitectura, RISC-V, el procesador del IPN, es una garantía en temas de seguridad, por lo que podría encontrar un nicho interesante de aplicación en el campo de la protección de sistemas computacionales, ya que se conocen a la perfección todos sus bloques internos y no se tienen conjuntos de instrucciones ocultas a los usuarios que pudieran vulnerar la seguridad de los mismos.
Sobre el alcance y la utilidad del primer procesador mexicano adoptado para construir supercomputadoras en Europa comparte que “el propósito de la iniciativa europea para el desarrollo de procesadores es el de diseñar e implementar un mapa de camino para desarrollar una nueva familia de procesadores europeos de bajo consumo de potencia para aplicaciones de supercómputo”.
Actualmente los procesadores integrados en los superordenadores, no solo europeos sino de todo el planeta, han sido fabricados por Intel, IBM, AMD, NVIDIA, Apple o por alguna de las compañías que producen chips ARM. Y esto pone toda la tecnología en manos de un único país. Por ello se pretende que la UE logre la independencia en tecnologías e infraestructuras de chips para supercómputo y en esta iniciativa se proyecta emplear versiones más avanzadas del procesador Lagarto, diseñado en el IPN.
Ponce sostiene que el país debe apostar por la formación en el nivel del posgrado; sin duda alguna podremos preparar los recursos humanos altamente especializados y en la cantidad que se va a requerir si se hace realidad la relocalización de la industria de los semiconductores, en particular las empresas dedicadas al diseño de microchips y procesadores.
“En México abundan buenos ingenieros en comunicaciones y electrónica, en mecatrónica, en sistemas computacionales, egresados del IPN y de otras universidades, que son muy buenos candidatos para cursar una maestría en semiconductores, enfocada en el tema de diseño de circuitos integrados”, destaca.
Actualmente, el programa de la Maestría en Ciencias en Ingeniería de Cómputo que se imparte en el Centro de Investigación en Computación prepara estudiantes para el diseño de circuitos integrados. Y es en el marco de este programa académico de posgrado donde se desarrolló el primer procesador Lagarto.
Cerebros diminutos
En el CIC-IPN se trabaja en la computación neuromórfica y se cuenta con un modelo de extensiones de Inteligencia Artificial (IA) en interacción con el procesador Lagarto. En otros términos: se intenta combinar el procesador Lagarto —como un bloque de proceso convencional— a un chip neuromórfico, que es una manera de imitar el funcionamiento de las neuronas.
La idea es desarrollar sistemas electrónicos capaces de procesar la información de una forma más eficiente. De hecho, estas modalidades aspiran a ser tan eficientes como un cerebro orgánico, un propósito muy ambicioso e interesante.
De acuerdo con los expertos politécnicos en un par de años se tendrá un chip con un bloque de IA que como cualquier sistema neuromórfico puede ser hasta 16 veces más eficiente, como ocurre con el chip neuromórfico Loihi de Intel, fabricado con fotolitografía de 14 nm, que incorpora 128 núcleos y algo más de 130 mil neuronas artificiales. Este ha sido diseñado para proyectos de investigación y tiene unas capacidades similares a las de un cerebro diminuto.