 |
Este articulo o seccion necesita
referencias
que aparezcan en una
publicacion acreditada
.
Busca fuentes:
≪Supercomputadora≫
–
noticias
·
libros
·
academico
·
imagenes
Este aviso fue puesto el 21 de septiembre de 2016.
|
Supercomputadora
,
supercomputador
o
superordenador
es un dispositivo informatico con capacidades de calculo superiores a las computadoras comunes y de escritorio, ya que se usan con fines especificos. Hoy dia los terminos de supercomputadora y superordenador se estan reemplazando por
computadora de alto rendimiento
y
ambiente de computo de alto rendimiento
[
1
]
, ya que las supercomputadoras son un conjunto de poderosos ordenadores unidos entre si para aumentar su potencia de trabajo y rendimiento. Al ano 2019, los superordenadores mas rapidos funcionaban en aproximadamente mas de 148
petaflops
(un petaflop, en la jerga de la computacion, significa que realizan mas de 1000 billones de operaciones por segundo).
[
2
]
La lista de supercomputadoras se encuentra en el ranking
TOP500
.
Historia
[
editar
]
Interior de una supercomputadora CRAY T3D.
Las supercomputadoras se introdujeron en la decada de 1970 y se disenaron principalmente por
Seymour Cray
en la compania Control Data Corporation (CDC), la cual domino el mercado durante esa epoca, hasta que Cray dejo CDC para formar su propia empresa,
Cray Research
. Con esta nueva empresa siguio dominando el mercado con sus nuevos disenos y obtuvo el podio mas alto en supercomputo durante cinco anos consecutivos (1985-1990). En los anos 1980 un gran numero de empresas competidoras entraron en el mercado en paralelo con la creacion del mercado de los minicomputadores una decada antes, pero muchas de ellas desaparecieron a mediados de los anos noventa. El termino esta en constante flujo: las supercomputadoras de hoy tienden a convertirse en las computadoras ordinarias del manana. Las primeras maquinas de CDC fueron simplemente procesadores escalares muy rapidas y muchos de los nuevos competidores desarrollaron sus propios procesadores escalares a un bajo precio para poder penetrar en el mercado.
De principio a mediados de los anos ochenta se vieron maquinas con un modesto numero de
procesadores vectoriales
trabajando en paralelo, lo cual se convirtio en un estandar. El numero tipico de procesadores estaba en el rango de 4 a 16. En la ultima parte de los anos ochenta y principios de los noventa, la atencion cambio de procesadores vectoriales a sistemas de procesadores masivamente paralelos con miles de CPU ≪ordinarias≫. En la actualidad, los disenos paralelos estan basados en microprocesadores de clase servidor que estan disponibles actualmente (2011). Ejemplos de tales procesadores son PowerPC, Opteron o Xeon, y la mayoria de los superordenadores modernos son hoy en dia clusteres de computadores altamente afinados que usan procesadores comunes combinados con interconexiones especiales.
Hasta ahora el uso y la generacion de las mismas se ha limitado a organismos militares, gubernamentales, academicos y empresariales.
Se usan para tareas de calculos intensivos como problemas de fisica cuantica, prediccion del tiempo, investigacion de cambio climatico, modelado de moleculas, simulaciones fisicas como la simulacion de aviones o automoviles en el viento (tambien conocido como Computational Fluid Dinamics), simulacion de la detonacion de armas nucleares e investigacion en la fusion nuclear.
Como ejemplo, se encuentra el superordenador
IBM Roadrunner
; cientificos de
IBM
y del
laboratorio de Los Alamos
trabajaron seis anos en la tecnologia de la computadora. Algunos elementos de Roadrunner tienen como antecedentes
videojuegos
populares, de acuerdo con David Turek, vicepresidente del programa de supercomputadoras de IBM. ≪En cierta forma, se trata de una version superior de Sony
PlayStation 3
≫, indico. ≪Tomamos el diseno basico del chip (de
PlayStation
) y mejoramos su capacidad≫, informo Turek.
Sin embargo, Roadrunner dificilmente pueda asemejarse a un videojuego. El sistema de interconexion ocupa
557 m²
de espacio. Cuenta con 91,7
km
de fibra optica y pesa 226,8
t
. La supercomputadora estaba en el laboratorio de investigaciones de IBM en Poughkeepsie (Nueva York) y se traslado en julio del 2008 al laboratorio de Los Alamos (Nuevo Mexico).[[m
]]
Japon creo la primera supercomputadora petaflops, la MDGrape-3, pero solo de propositos particulares. Luego IBM de EE. UU. creo la Roadrunner, tambien de 1 petaflop. China, la Milky Way One, de 1,2 petaflops; y Cray de EE. UU. la Jaguar, de 1,7 o 1,8 petaflop, que es al final del ano 2009 la mas rapida. El superordenador mas rapido a finales de 2010 era el chino Tianhe 1A, con maximas de velocidad de 2,5 petaflops.
Sistemas de enfriamiento
[
editar
]
Muchas de las
unidades centrales de procesamiento
(CPU por sus siglas en ingles) usadas en los supercomputadores de hoy en dia disipan diez veces mas calor que un disco de estufa comun. Algunos disenos necesitan enfriar los multiples CPU a
?85 °C
(
?185 °F
).
Enfriar multiples CPU a tales temperaturas requiere de un gran consumo de energia. Por ejemplo, un nuevo supercomputador llamado
Aquasar
tendra una velocidad tope de 10
teraflops
. Mientras tanto el consumo de energia de un solo
rack
de este supercomputador consume cerca de 10 kW. Como comparacion, un rack del supercomputador Blue Gene L/P consume alrededor de
40 kW
.
El consumo promedio de un superordenador dentro de la lista de los 500 supercomputadores mas rapidos del mundo es de alrededor de 257 kW.
Para el supercomputador Aquasar, que se instalara en el
Instituto Tecnologico Federal Suizo
(ETH), se utilizara un nuevo diseno de enfriamiento liquido. Se necesitaran 10 litros de agua que fluiran a 29,5 litros por minuto.
Una de las innovaciones en este diseno es que normalmente los sistemas de enfriamiento aislan el liquido de la CPU y la transmision de calor se da por conveccion desde la cubierta metalica de la CPU a traves de un adaptador generalmente de cobre o de otro material termicamente conductivo. La innovacion consiste en un nuevo diseno en el cual llega el agua directamente a la CPU mediante tubos capilares de manera que la transmision de calor es mas eficiente.
En el caso del
ETH
en
Suiza
, el calor extraido del supercomputador se reciclara para calentar habitaciones dentro de la misma universidad.
En 2019 el segundo supercomputador
Sierra
en la lista TOP500 consumia la mitad de energia que el tercero en la lista (
Sunway TaihuLight
).
[
2
]
Caracteristicas
[
editar
]
Las principales son:
- Velocidad de procesamiento: miles de millones de
instrucciones de coma flotante por segundo
.
- Usuarios a la vez: hasta miles, en entorno de redes amplias.
- Tamano: requieren instalaciones especiales y aire acondicionado industrial.
- Dificultad de uso: solo para especialistas.
- Clientes usuales: grandes centros de investigacion.
- Penetracion social: practicamente nula.
- Impacto social: muy importante en el ambito de la investigacion, ya que provee calculos a alta velocidad de procesamiento, permitiendo, por ejemplo, calcular en secuencia el genoma humano,
numero π
, desarrollar calculos de problemas fisicos dejando un margen de error muy bajo, etc.
- Parques instalados: menos de un millar en todo el mundo.
- Hardware: Principal funcionamiento operativo.
Principales usos
[
editar
]
Las supercomputadoras se utilizan para abordar problemas muy complejos o que no pueden realizarse en el mundo fisico, ya sea porque son peligrosos, involucran cosas increiblemente pequenas o increiblemente grandes. A continuacion, damos algunos ejemplos:
- Mediante el uso de supercomputadoras, los investigadores modelan el clima pasado y el clima actual y predicen el clima futuro.
- Los cientificos que investigan el espacio exterior y sus propiedades utilizan las supercomputadoras para simular los
interiores estelares
, simular la
evolucion estelar
de las estrellas (eventos de supernova, colapso de nubes moleculares, etc.), realizar simulaciones
cosmologicas
y modelar el clima espacial.
- Los cientificos usan supercomputadoras para simular de que manera un tsunami podria afectar una determinada costa o ciudad.
- Las supercomputadoras se utilizan para probar la aerodinamica de los mas recientes aviones militares.
- Las supercomputadoras se estan utilizando para modelar como se doblan las proteinas y como ese plegamiento puede afectar a la gente que sufre la enfermedad de Alzheimer, la
fibrosis quistica
y muchos tipos de cancer.
- Las supercomputadoras se utilizan para modelar explosiones nucleares, limitando la necesidad de verdaderas pruebas nucleares.
Principales paises
[
editar
]
En junio de 2022 treinta y dos paises mantenian en funcionamiento 500 superordenadores:
Sistemas operativos
[
editar
]
Primeros SO que se utilizaron en los supercomputadores
[
editar
]
Las primeras supercomputadoras que hubo en la historia no disponian de un
sistema operativo
incorporado, con lo cual cada sede, laboratorio, etc. que utilizaba uno de estos superordenadores se hacia cargo de tener que desarrollar un SO en concreto y a la medida de su dispositivo. Por ejemplo, el considerado primer supercomputador de la historia, el
CDC 6600
, utilizo el sistema operativo llamado Chippewa (COS, que tambien se llama sistema operativo Cray). Este sistema operativo era bastante simple y su caracteristica principal consistia en poder controlar las diferentes tareas del sistema informatico; de esta manera, se conseguia que las diferentes tareas siempre dispusieran de lo que requerian para llevar a termino su fin. A raiz de este sistema operativo surgieron nuevos, como por ejemplo los llamados Kronos, Scope y Nos.
El sistema operativo Kronos se implanto durante la decada de los 70 y su caracteristica principal es que las diferentes tareas puedan acceder al mismo tiempo a algo que requerian varias para llevar a cabo su tarea. El sistema operativo
CDC SCOPE
(en
ingles
:
Supervisory Control Of Program Execution
) se utilizo durante la decada de los 60. Su caracteristica principal es que permite tener controladas todas las tareas del sistema.
El sistema operativo Nos (Network Operating System) se puede decir que sustituyo a los dos anteriores durante la decada de los 70. Sus caracteristicas eran muy similares al de su predecesor Kronos, pero lo que se buscaba concretamente con Nos era tener un sistema operativo comun en todas las creaciones de CDC (
Control Data Corporation
) que habia. En la decada de los 80, Nos se sustituyo por Nos/Ve (Network Operating System/ Virtual Environment), que a diferencia de su predecesor disponia de una memoria virtual. A finales de la decada de los 80 se comenzaron a implantar en los supercomputadoras los llamados sistemas operativos modernos o los que han sido la base de los actuales, los sistemas operativos basados en
UNIX
. Los primeros fueron los llamados
UNICOS
, que fueron los que surgieron con fuerza durante esa decada.
Evolucion del porcentaje de uso de los SO en supercomputadores
[
editar
]
Junio de 1993.
Como se ha mencionado en el punto anterior, los primeros sistemas operativos que tienen incorporados los supercomputadores eran desarrollados a la medida y especificamente para cada uno de ellos, siendo por ejemplo Chippewa, Kronos, Scope o Nos algunos de ellos.
Pero a finales de los 80 comienza a haber un cambio significativo y los superordenadores comienzan a decantarse por los sistemas operativos basados en UNIX como UNICOS. En 1993 se comienzan a hacer la lista de los primeros 500 supercomputadores del mundo y en la que se especifica que sistemas operativos utilizan cada uno. A partir de esta lista se pudo comenzar a hacer una estimacion de la evolucion de los sistemas operativos en ellos.
El primer ano que se realizo la lista del Top 500, Unix y UNICOS (basado en Unix) eran utilizados por mas del
50 %
de las supercomputadoras, concretamente el
56,4 %
. Por lo tanto a principios de la decada de los 90, se puede decir que los sistemas operativos que predominaban se basan en Unix.
El siguiente ano en el que hay un gran cambio es el 2000, porque es cuando
Linux
, que como veremos mas adelante es el SO principal en los superordenadores en la actualidad, comienza a hacerse un hueco en el mundo de la supercomputacion.
En el ano 2000 los sistemas basados en Unix siguen dominando, ya que los 5 primeros,
AIX
,
Solaris
, UNICOS, HP Unix e
IRIX
se basan en este ocupando simplemente entre ellos el
80,6 %
del porcentaje total, habiendo aun otros sistemas que en menores porcentajes utilizan tambien Unix. Como hecho destacable podemos ver que UNICOS que, a principios de la decada, era el dominador, ya no lo es y pasa a serlo AIX.
El siguiente ano significativo es el 2003, y por un hecho en concreto y es que Linux pasa a colocarse el primero de la lista, aunque los sistemas basados en Unix siguen predominando en el total.
Junio de 2015.
La siguiente fecha significativa es el ano 2005, este ano Linux por si solo ya domina todo el sector de la supercomputacion con un
62,4 %
, con lo cual el cambio de tendencia de sistemas Unix a Linux se ha confirmado.
Como informacion a tener en cuenta, Hans Werner Meuer (profesor de ciencias informaticas en la Universidad de Mannheim, Alemania) encargado de hacer la lista comento que aunque esta seguro del dominio de Linux en el sector de la supercomputacion, no se podia asegurar que los datos de la lista fueran
100 %
fiables y que es mas bien una estimacion, ya que muchos de los sitios donde se utilizan superordenadores se negaban a proporcionar la informacion sobre que SO tenian.
El ano 2012 es cuando Linux alcanza su tope hasta el dia de hoy con un porcentaje del
83,8 %
, habiendo ademas ya otros sistemas que tambien estan basados en Linux.
La ultima lista hecha del Top 500, muestra como los sistemas basados en Linux dominan totalmente el sector de la supercomputacion en la actualidad con un
97,2%
, concretamente 486 de los 500 superordenadores lo utilizan. El otro
2,7%
restante esta conformado basicamente por sistemas UNIX. Como dato interesante,
Windows
o
Mac OS
tienen un porcentaje practicamente nulo en el sector de la supercomputacion.
El ano 2022 la lista de Top 500 presenta la totalidad de los sistemas basados en Linux, alcanzando un
100,0 %
de uso entre las superordenadoras.
Motivo de este cambio, que SO predomina actualmente y por que
[
editar
]
Ha tenido lugar un par de cambios claves en el mundo de los sistemas operativos que se usan en la supercomputacion. El primero de ellos fue durante finales de la decada de 1980, y fue cuando se paso de que para cada superordenador tuviera que desarrollarse un SO a medida para ella, a aplicar sistemas operativos basados en UNIX. Este cambio fue debido a que llego un punto en que el coste de desarrollar ese software especifico era el mismo que el que se gastaba en hardware, cosa que hacia del todo inviable seguir por ese camino. Tambien gracias a UNIX se podia proporcionar potencia de manera flexible a la supercomputadora, que era muy importante debido a los constantes cambios de las aplicaciones cientificas en las que se utilizaban, o el cambio de hardware que habia constantemente debido a la evolucion de este.
El segundo gran cambio que hubo fue cuando se paso, aproximadamente sobre el ano 2003, de un dominio total de UNIX al dominio total de Linux, que es el SO que predomina en la actualidad. Este cambio fue debido a varios motivos: el primero era la flexibilidad que nos ofrece Linux, ya que este dispone de un
kernel
abierto con el cual hacer modificaciones y optimizaciones sobre el. Por otra parte, el coste de las licencias de Linux esta muy por debajo de otros y en global es mas rentable, ya que tiene una comunidad alrededor que ayuda y aporta de forma gratuita.
Linux es el SO predominante en la actualidad debido a varios factores, como por ejemplo que su coste es nulo, que dispone de un kernel generico, que tiene una gran escalabilidad que le permite adaptarse a grandes cargas facilmente, que su instalacion se basa en pequenos modulos, los cuales cada uno hace una tarea: con esto se consigue que si se modifica uno no afecte a los demas, tambien su codigo es abierto lo cual permite que en cualquier momento podamos modificar este ante cualquier cambio que se quiera o surja en la supercomputadora; otro punto es que detras tiene una gran comunidad que da apoyo, y por ultimo nos permite hacer pruebas de configuracion de red sin la necesidad de tener que reiniciar el sistema.
En junio de 2020,
Fujitsu
y el instituto de investigacion japones
Riken
crearon
Fugaku
, un superordenador localizado en Japon que ha sido reconocido como el mas potente del mundo, con 415,53 petaflops, unidad que equivale a mil billones de operaciones de coma flotante por segundo.
[
4
]
Referencias
[
editar
]
Enlaces externos
[
editar
]