Participación española en el diseño de SKA

El diseño de proyectos internacionales de ciencia e ingeniería a gran escala siempre resulta complejo.  Por esta razón se establecieron en noviembre de 2013, once consorcios que agrupan a más de quinientos ingenieros y científicos de cien empresas y centros de investigación de todo el mundo y que comenzaron a trabajar en el diseño preliminar del proyecto. A cada consorcio se le asignó la tarea de diseñar un elemento específico del telescopio (ver paquetes de trabajo). Entre 2014 y 2016 tuvieron lugar las Revisiones del Diseño Preliminar (PDR), para las cuales se solicitó a cada consorcio que entregara a la Oficina del SKA su propuesta de diseño detallado para su respectivo “elemento” con el fin de ser revisado. Actualmente, SKA se encuentra inmerso en la segunda fase del diseño, que se culminará a principios de 2018 con la Revisión del Diseño Crítico (CDR) para contar con la seguridad de que las propuestas de diseño detallado para cada uno de los elementos son sólidas.  

Hoy en día, más de 20 centros de investigación españoles y empresas participan en 7 de los 11 consorcios de diseño del SKA (listados en la sección de desarrollo tecnológico en España para el diseño de SKA).

A continuación, se puede encontrar una lista de los consorcios de diseño de SKA con implicación de los distintos centros de investigación y empresas españolas. En cada apartado se resume la actividad de cada consorcio, así como la aportación específica de algunas empresas y centros de investigación al mismo.

Infraestructuras Australia y Sudáfrica (INFRA AU/INFRA SA)

Captura de pantalla 2016-06-13 a las 19.04.50Los consorcios de Infraestructuras de Australia y Sudáfrica son responsables de todo el trabajo necesario para desplegar y ser capaces de operar los telescopios de SKA en ambos países. Las infraestructuras incluyen las carreteras, edificios, generación y distribución de energía, reticulación, suministro de vehículos, grúas, y todo el equipamiento especial necesario para el mantenimiento de los telescopios. No se incluyen los derechos de acceso a las tierras, protección medioambiental o monitorización. Tampoco se incluye la protección frente a posibles fuentes externas de interferencia. Las infraestructuras incluyen la provisión de cualquier sistema de seguridad a gran escala necesario, tanto para el personal como para la equipación de los telescopios.

La energía y el suministro energético inicialmente fueron competencia de los consorcios de Infraestructuras, aunque en la actualidad se han centralizado parte de las soluciones de suministro energético en la SKAO con la formación de un grupo de trabajo para evaluar las opciones de suministro energético (el PSOW), siendo España y los países donde se localizará el radiotelescopio miembros de este grupo, entre otros.

Anteriormente, en Mayo de 2013, el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) fue contactado por los Consorcios de Infraestructuras de Australia y Sudáfrica, invitando a España a colaborar en un grupo de expertos para aconsejar de manera independiente acerca de las posibles soluciones desarrolladas en áreas como provisión de energías renovables, almacenaje, etc. Como resultado de dicha colaboración, tanto el IAA-CSIC como la plataforma solar de Almería (PSA), dependiente del CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas) son miembros de ambos consorcios. La PSA, es el mayor centro de investigación, desarrollo y ensayos de Europa dedicado a las tecnologías solares de concentración asesoran a dichos consorcios acerca de temas energéticos. El IAA-CSIC presta apoyo a las empresas españolas interesadas en el diseño y construcción de SKA en el área de infraestructuras.

Discos (DSH)

ICaptura de pantalla 2016-06-13 a las 18.58.32ncluye todas las actividades necesarias para el diseño de los discos del SKA, incluyendo la monitorización y control locales de cada disco individual, en el apuntado, la electrónica necesaria, infraestructura local, etc. El elemento Discos del SKA incluye también una planificación para la manufacturación de todos los componentes, el ensamblaje e instalación in-situ de cada disco (incluyendo todos los componentes), así como las pruebas de calidad.

El consorcio de Discos está formado por 17 instituciones de 8 países. España participa a través de la Universidad Pública de Navarra, la Universidad de Cantabria y el Instituto Geográfico Nacional. Desde España se llevan a cabo tareas de desarrollo y pruebas de los sistemas criogénicos de LNA para las bandas 4 y 5 de los telescopios de SKA-mid (que se situarán en Sudáfrica).

Gestión del telescopio (TM)

Este consorcio se encarga de gestionar todo el hardware y software necesarios para controlar el telescopio y las infraestructuras asociadas, incluyendo la coordinación de todos los sistemas a nivel de observatorio y el software necesario para hacer la planificación de operaciones del telescopio. Asimismo, desde aquí se lleva a cabo la monitarización de medidas clave de calidad, y la coordinación central de las medidas de seguridad generadas por los elementos del SKA. La gestión del telescopio provee acceso físico y a nivel de software a los emplazamientos remotos de las antenas, para poder hacer diagnósticos de los datos y poder transmitirlos.Sin embargo, la gestión del telescopio no incluye control local, hardware meteorológico o software interno de las unidades individuales.

La empresa GTD Sistems and software engineering colabora con dicho consorcio en áreas de gestión del software y el hardware del telescopio necesario para las observaciones astronómicas. También contribuyen en protocolos para comunicar todas las partes implicadas para realizar observaciones.

Transporte de datos y señales (SaDT)

Captura de pantalla 2016-06-13 a las 18.55.53Este paquete de trabajo incluye todo el hardware y software necesario para la transmisión de datos y de información entre los elementos del SKA. El área de ‘Transporte de datos y señales’ también incluye la  sincronización de los datos, lo que es crítico en interferometría. Comprende también la generación y distribución de referencias de frecuencia y marcas temporales (con precisión de nanosegundos), necesarias para la sincronización de los osciladores locales en Discos, y la precisión en la medición de tiempos de llegada en púlsares.

La Universidad de Granada se encarga de tareas de sincronización, fundamentales para este tipo de infraestructuras. Dichas tareas han sido evaluadas de acuerdo a las necesidades del SKA. Empresas como 7 Solutions también participan en este consorcio, mediante la implementación de tecnologías “White Rabbit” en la sincronización de los datos.

Procesador Central de Señales (CSP)

El elemento de “Procesador Central de Señales” (CSP) incluye el diseño del hardware y todo el firmware/software necesario para la generación de visibilidades, barridos del cielo para encontrar candidatos a púlsares, y cronometraje de púlsares para el conjunto de telescopios que configuran el SKA. El CSP no incluye los edificios, la climatización, la protección o el suministro energético de los edificios, que corresponde a Infraestructura. El CSP comprende la distribución de los datos dentro del procesador, herramientas de diagnóstico, etc., necesarios para el mantenimiento y la operatividad del sistema.

En este consorcio participa el Laboratorio de Sistemas Integrados (LSI) de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), que se ocupan del diseño e implementación de modelos de procesado avanzado de señales, la evaluación de nuevas soluciones para mejorar la eficiencia energética en el SKA, y el diseño de herramientas de cuantización y síntesis de las especificaciones del DSP.

Procesador de Datos Científicos (SDP)

Captura de pantalla 2016-06-13 a las 19.02.45

Este consorcio trabaja en el diseño de las plataformas de hardware, software y los algoritmos necesarios para procesar los datos científicos desde el correlador para convertirlos en productos científicos. No incluye los edificios en los que se albergarán esas plataformas, que forman parte de los Acuerdos de Sede (Hosting Agreements) entre la Oficina de SKA y los países anfitriones de los telescopios, ni el suministro energético a los mismos.

Como parte de este consorcio, el Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC) trabaja para conseguir reforzar la distribución eficiente de los datos y metadatos de SKA entre la comunidad científica. Para tal fin, el equipo del IAA-CSIC colabora para caracterizar los procesos y datos de SKA, así como diseñar un acceso federado a ellos, que explote los recursos de computación minimizando el tiempo de latencia y el consumo de energía. Más información sobre actividades del IAA en el marco de SKA.

La Fundación Centro de Supercomputación de Castilla y León (FCSCL) evalúa la idoneidad de las configuraciones específicas de hardware y las infraestructuras. Pondrá también en marcha un banco de pruebas heterogéneo con recursos distribuidos y una red lambda de 10GB entre los centros de datos remotos, que servirá para analizar el rendimiento de una federación de almacenamiento y computación distribuida a través de redes con un gran ancho de banda.

El Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS) contribuye a este consorcio con su experiencia en operaciones con los sistemas HPC, de puesta a punto de aplicaciones de HPC y modelos de programación paralela, tanto de grano fino (con el objetivo de paralelizar aplicaciones multinúcleo y GPU) y de grano grueso (con el objetivo de paralelizar flujos de trabajo). BSC colabora dentro del consorcio para caracterizar el comportamiento de los procesos SKA en las infraestructuras HPC.

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