SUPERCOMPUTADORA
Una
supercomputadora o un superordenador es aquella con capacidades de cálculo muy
superiores a las computadoras corrientes y de escritorio y que son usadas con
fines específicos. Hoy día los términos de supercomputadora y superordenador
están siendo reemplazados por computadora de alto desempeño y ambiente de
cómputo de alto desempeño, ya que las supercomputadoras son un conjunto de
poderosos ordenadores unidos entre sí para aumentar su potencia de trabajo y
desempeño. Al año 2011, los superordenadores más rápidos funcionaban en
aproximadamente más de 200 teraflops (que en la jerga de la computación
significa que realizan más de 200 billones de operaciones por segundo). La
lista de supercomputadoras se encuentra en la lista TOP500.
Características principales de una supercomputadora
Las principales son:
Velocidad de procesacion
Miles de millones
de instrucciones de coma flotante por segundo.
Usuarios a la vez
Hasta miles, en
entorno de redes amplias.
Tamaño
Requieren
instalaciones especiales y aire acondicionado industrial.
Dificultad de uso
Solo para
especialistas.
Clientes usuales
Grandes centros de
investigación.
Penetración social
Prácticamente
nula.
Impacto social
Muy importante en
el ámbito de la investigación, ya que provee cálculos a alta velocidad de
procesamiento, permitiendo, por ejemplo, calcular en secuencia el genoma
humano, número π, desarrollar cálculos de problemas físicos dejando un margen
de error muy bajo, etc.
Parques instalados
Menos de un millar
en todo el mundo.
Hardware
Principal
funcionamiento operativo
Costo
Hasta decenas de
millones cada una.
Facilidad
de uso
Solo para
especialistas.
Principales usos
Las
supercomputadoras se utilizan para abordar problemas muy complejos o que no
pueden realizarse en el mundo físico bien, ya sea porque son peligrosos,
involucran cosas increíblemente pequeñas o increíblemente grandes. A
continuación damos algunos ejemplos:
Mediante el uso de
supercomputadoras, los investigadores modelan el clima pasado y el clima actual
y predicen el clima futuro .
Los astrónomos y
los científicos del espacio utilizan las supercomputadoras para estudiar el Sol
y el clima espacial.
Los científicos
usan supercomputadoras para simular de qué manera un tsunami podría afectar una
determinada costa o ciudad.
Las
supercomputadoras se utilizan para simular explosiones de supernovas en el
espacio.
Las
supercomputadoras se utilizan para probar la aerodinámica de los más recientes
aviones militares.
EN LA ACTUALIDAD
Hoy en día el diseño de Supercomputadoras
se sustenta en 4 importantes tecnologías:
- La tecnología de
registros vectoriales, creada por Cray, considerado el padre de la Supercomputación,
quien inventó y patentó diversas tecnologías que condujeron a la creación de
máquinas de computación ultra-rápidas. Esta tecnología permite la ejecución de
innumerables operaciones aritméticas en paralelo.
- El sistema
conocido como M.P.P. por las siglas de Massively Parallel Processors o
Procesadores Masivamente Paralelos, que consiste en la utilización de cientos y
a veces miles de microprocesadores estrechamente coordinados.
- La tecnología de
computación distribuida: los clusters de computadoras de uso general y relativo
bajo costo, interconectados por redes locales de baja latencia y el gran ancho
de banda.
-
Cuasi-Supercómputo: Recientemente, con la popularización de la Internet, han
surgido proyectos de computación distribuida en los que software especiales
aprovechan el tiempo ocioso de miles de ordenadores personales para realizar
grandes tareas por un bajo costo. A diferencia de las tres últimas categorías,
el software que corre en estas plataformas debe ser capaz de dividir las tareas
en bloques de cálculo independientes que no se ensamblaran ni comunicarán por
varias horas. En esta categoría destacan
El proyecto TOP500 es un ranking de las 500 supercomputadoras más
poderosas del mundo. Esta lista está recopilada por:
Hans Meuer, Universidad de Mannheim (Alemania)
Jack Dongarra, Universidad de Tennessee (Knoxville)
Erich Strohmaier, NERSC/Lawrence Berkeley National
Laboratory
Horst Simon, NERSC/Lawrence Berkeley National
Laboratory
El proyecto se inicia
en 1993 y publica una lista actualizada cada seis meses. Para medir la potencia
de los sistemas se utiliza el benchmark HPL, una versión portable del benchmark
Linpack para ordenadores de memoria distribuida.
Máquinas que han ocupado el número 1
NUDT Tianhe
(Bandera de la
República Popular China China, Junio de 2013 - Presente).
Cray Titan
(Flag of the
United States.svg Estados Unidos, Noviembre de 2012 - Junio de 2013).
IBM Sequoia
(Flag of the
United States.svg Estados Unidos, Junio de 2012 – Noviembre de 2012).
Fujitsu K computer
(Bandera de Japón
Japón, Junio de 2011 – Junio de 2012)
NUDT Tianhe-IA
(Bandera de la
República Popular China China, Noviembre de 2010 - Junio de 2011)
Cray Jaguar
(Flag of the
United States.svg Estados Unidos, Noviembre de 2009 - Noviembre de 2010)
IBM RoadRunner
(Flag of the
United States.svg Estados Unidos, Junio de 2008 - Noviembre de 2009)
IBM Blue Gene/L
(Flag of the
United States.svg Estados Unidos, Noviembre de 2004 - Junio de 2008)
NEC Earth Simulator
(Bandera de Japón
Japón, Junio de 2002 - Noviembre de 2004)
IBM ASCI White
(Flag of the
United States.svg Estados Unidos, Noviembre de 2000 - Junio de 2002)
Intel ASCI Red
(Flag of the
United States.svg Estados Unidos, Junio de 1997 - Noviembre de 2000)
Hitachi CP-PACS
(Bandera de Japón
Japón, Noviembre de 1996 - Junio de 1997)
Hitachi SR2201
(Bandera de Japón
Japón, Junio de 1996 - Noviembre de 1996)
Fujitsu Numerical Wind Tunnel
(Bandera de Japón
Japón, Noviembre de 1994 - Junio de 1996)
Intel Paragon XP/S140
(Flag of the
United States.svg Estados Unidos, Junio de 1994 - Noviembre de 1994)
Fujitsu Numerical Wind Tunnel
(Bandera de Japón
Japón, Noviembre de 1993 - Junio de 1994)
TMC CM-5
(Flag of the
United States.svg Estados Unidos, Junio de 1993 - Noviembre de 1993)
La siguiente tabla muestra las 10 primeras posiciones del la 41a. Lista
TOP500, de junio de 2013.
Pos.
|
Rmax
Rpeak
(Pflops)
|
Nombre
|
Computadora
tipo de procesador, interconexión
|
Vendedor
|
Sitio
País, año
|
Sistema Operativo
|
1
|
33,86
54,90
|
Tianhe-2
|
NUDT
Intel Xeon
|
IBM
|
National
Supercomputing Center en Guangzhou
Bandera de la
República Popular China China, 2013
|
GNU/Linux
|
2
|
17,6
24,8
|
Titan
|
Cray XK7
Opteron 6274 +
Tesla K20
|
Cray
|
Oak Ridge National Laboratory
Flag of the United States.svg Estados
GNU/LinuxUnidos, 2012
|
GNU/Linux (CLE)
|
3
|
16,3
20,1
|
Sequoia
|
IBM
|
Lawrence Livermore National
Laboratory
Flag of the United States.svg Estados
Unidos, 2011
|
GNU/Linux (RHEL
y CNL)
|
|
4
|
10,5
11,3
|
Computadora K
|
Blue Gene/Q
PowerPC A2,
propio
|
Fujitsu
|
RIKEN
Bandera de Japón Japón, 2011
|
GNU/Linux
|
5
|
8,2
10,1
|
Mira
|
RIKEN
SPARC64 VIIIfx,
Tofu
|
IBM
|
Argonne National Laboratory
Flag of the United States.svg Estados
Unidos, 2012
|
GNU/Linux
|
6
|
4,1
5,0
|
JuQUEEN
|
Blue Gene/Q
PowerPC A2,
propio
|
IBM
|
Forschungszentrum Jülich
Flag of Germany.svg Alemania, 2012
|
GNU/Linux
|
7
|
2,9
3,2
|
SuperMUC
|
iDataPlex
DX360M4
Xeon E5–2680,
Infiniband
|
IBM
|
Leibniz-Rechenzentrum
Flag of Germany.svg Alemania, 2012
|
GNU/Linux
|
8
|
2,6
3,9
|
Stampede
|
Dell PowerEdge
Intel E5-2680
|
Dell
|
Texas Advanced Computing
Center/Univ. of Texas
Flag of the United States.svg Estados
Unidos, 2012
|
GNU/Linux
|
9
|
2,5
4,7
|
Tianhe-1A
|
NUDT YH Cluster
Xeon 5670 +
Tesla 2050, Arch7
|
NUDT
|
National
Supercomputing Center of Tianjin
Bandera de la República Popular China China,
2010
|
GNU/Linux
|
10
|
1,7
2,1
|
Fermi
|
Blue Gene/Q
PowerPC A2, Custom
|
IBM
|
CINECA
Flag of Italy.svg Italia, 2012
|
GNU/Linux
|
TUTORIAL
Ranking
Posición en el
ranking Top500. En la tabla TOP500, los equipos están ordenados primero por su
valor Rmax. En el caso de prestaciones equivalentes (valor Rmax) para equipos
diferentes, hemos optado por ordenar por Rpeak. Para los sitios que tienen el
mismo equipo, el orden es por el tamaño de la memoria y, a continuación en
orden alfabético.
Rmax
La más alta
puntuación medida usando el benchmark Linpack. Este es el número que se utiliza
para clasificar a las computadoras. Se mide en billones de operaciones de punto
de flotante por segundo, es decir, Teraflops.
Rpeak
Este es el
rendimiento máximo teórico del sistema. Medido en TFLOPS.
Nombre
Algunos supercomputadoras son únicos, al menos
en su ubicación, y por lo tanto bautizado por su propietario.
Computadora
La plataforma de la computadora que se
comercializa.
Núcleos de procesador
El número de
núcleos activos utilizados activamente ejecutando Linpack. Después de este dato
se menciona la arquitectura del procesador. Si la interconexión entre los nodos
de cálculo es de interés, también se incluye aquí.
Vendedor
El fabricante de
la plataforma y el hardware.
Sitio
El nombre de la
instalación de la supercomputadora de funcionamiento.
País
El país donde
tenga su sede el equipo.
Año
El año de
instalación /última actualización importante.
Sistema Operativo
El sistema
operativo que utiliza el equipo.
UN POCO DE HISTORIA
- MANCHESTER MARK (1948)
El primer
supercomputador británico sentó las bases de muchos conceptos todavía usados
hoy en día.
En términos
modernos tenía una RAM (memoria de acceso aleatorio) de sólo 32 posiciones o
'palabras'. Cada palabra constaba de 32 bits (dígitos binarios), lo que quiere
decir que la máquina tenía una cantidad total de 1024 bits de memoria.
La RAM se basó en
la tecnología del tubo de rayos catódicos (CRT). Los CRTs fueron usados para
almacenar bits de datos como áreas cargadas sobre el fósforo de la pantalla,
mostrándose como una serie de puntos incandescentes sobre ella. El haz de
electrones del CRT podría controlar esta carga y eficientemente escribir un 1 o
0 y leerlo posteriormente según se solicitase.
LOS SISTEMAS FERRANTI ATLAS (DéCADA DE LOS
60)
A mediados de 1950
Inglaterra fue por detrás de los Estados Unidos en la producción de
computadores de alto rendimiento. En otoño de 1956 Tom Kilburn (co-diseñador
del Manchester Mark I) había iniciado un intento conocido como el computador
MUSE (microsegundo) .
Las especificaciones de diseño
incluían el deseo de una velocidad de instrucción próxima a una orden por
microsegundo y la necesidad de agregar un gran número de periféricos de varios
tipos. También requerían que hubiera una capacidad de almacenamiento de acceso
inmediato superior a cualquiera de las que entonces había disponible.
Las técnicas
especiales que fueron empleadas eventualmente incluyeron las que actualmente
son conocidas como: multiprogramación; planificación de tareas; spooling;
interrupciones; pipelining; almacenamiento intercalado; unidades de transferencia
autónomas; paginación y almacenamiento virtual, técnicas todavía no creadas.
En 1959 el computador había sido renombrado
como el Atlas y fue después desarrollado como una unión entre Universidad de
Manchester y la empresa Ferranti de Tom Kilburn. Atlas fue inaugurado el 7 de
Diciembre de 1962. Se consideró que iba a ser el más potente computador del
mundo. Era 80 veces mas potente que Meg/Mercury y 2400 veces más potente que el
Mark 1.
IBM y NAS (1960-1980)
Computadores IBM
1800, 360/50, 360/65, 370/165 y NAS/700
El primer
computador IBM en Daresbury, un IBM 1800, llegó en Junio de 1966 y actuó como
un computador de control y transferencia de datos para el sincrotón NINA,
entonces el principal servicio experimental. Fue rápidamente seguido por el
primer computador central IBM en Daresbury, el IBM 360/50 el cual inició el
servicio en Julio de 1966. Este fue sustituido por un IBM 360/65 en Noviembre
de 1968.
Durante los
primeros años la principal tarea fue proporcionar poder computacional a los
grupos de Física de Alta Energía que trabajaban en el Laboratorio. La
informática era muy diferente en esos días. El modo habitual de decirle al
computador que trabajo hacer era por tarjetas perforadas (aunque algunos
incondicionales todavía insistían con la cinta de papel de 5 agujeros).
Típicamente uno preparaba un trabajo en tarjetas perforadas y las situaba en
una corredera elevada. Más tarde un operador tomaría la carga previa de
tarjetas perforadas de la corredera y la salida de la impresora de línea que se
había producido.
El tiempo de carga
y descarga se midió lo menos en decenas de minutos. El tiempo medio entre
fallos hacia el final de los 60 era de un día. Sin embargo estos fracasos del
computador fueron 'ignorados' por los usuarios que estaban esperando por la
corredera para reaparecer, y sólo anotaban un ligero retardo de velocidad en
las operaciones. El NAS/7000 (un IBM 'clonico') fue instalado en Junio de 1981.
Este ofreció un
enorme aumento en potencia y exactitud frente a sistemas previos.
- CRAY
(DéCADA DE LOS 70)
El Cray 1 fue el
primer supercomputador "moderno".
Una de las razones
por las que el Cray-1 tuvo un éxito tal fue que podía realizar más de cien
millones de operaciones aritméticas por segundo (100 Mflop/s).
Si hoy, siguiendo
un proceso convencional, intentaramos encontrar un computador de la misma
velocidad usando PCs, necesitariamos conectar 200 de ellos, o también podriamos
simplemente comprar 33 Sun4s.
INTEL
El Intel iPSC/860
tiene 64 nodos llamados RX. Cada nodo tiene un reloj de 40 MHz y 16 Mbytes de
memoria. El hardware de conexión directa permite transferencias de datos nodo a
nodo de 2.8 Mbytes/second. Hay 12 Gbytes de disco unido localmente y conexiones
Ethernet a una estación de trabajo Sun-670MP para acceso de usuario.
Un rendimiento de nodo máximo individual de 40
Mflops ofrece un total de más de 2.5 Gflops para la máquina completa. El
software para hacer la programación más fácil incluye: Fortran y C a través de
compiladores.
En 1995
Conjunto de 26
"estaciones de trabajo" corriendo bajo el sistema UNIX y capaz de
ejecutar independientemente programas o trabajar conjuntamente con
transferencia de datos sobre un interruptor de alta velocidad.
Conclusión
Superordenador con
capacidades de cálculo muy superiores a aquellas comunes para la misma época de
fabricación.
Son muy costosas, por
eso su uso está limitado a organismos militares, gubernamentales y empresas.
Generalmente tienen aplicaciones científicas, especialmente simulaciones de la
vida real.
Algunas
supercomputadoras conocidas son Blue Gene, Seymour Cray, Deep Blue, Earth Simulator,
MareNostrum, etc.
Las
supercomputadoras suelen planificarse siguiendo algunos de los siguientes
cuatro modelos:
* Registros
vectoriales.
* Sistema M.P.P. o
Massively Parallel Processors (Procesadores Masivamente Paralelos)
* Tecnología de computación
distribuida.
*
Cuasi-Supercómputo.
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