Superordenador ¿Sabe cuál es el más potente?

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En este interesante artículo vas a aprender un tema de gran interés: el superordenador. Conocerás su historia y en especial cual es el más potente y su contribución al progreso de la humanidad. ¡Entusiásmate a leer!

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Superordenador

La adaptabilidad de la civilización a los grandes cambios que ofrece la tecnología, en especial la relacionada con la información, ha transformado la óptica de concebir el mundo como un lugar cada día más pequeño, que percibe los cambios en modo real y perceptible para los sentidos.

La invención de computadoras cada vez mas eficaces y poderosas son del dominio público del ciudadano común. Comenzaremos con ofrecer una definición de esta fantástica invención del hombre.

Establecer una definición de Superordenador, no es tarea fácil. Sin embargo, para poder utilizar un concepto sencillo y racional, se puede decir: Un Superordenador es un dispositivo que puede ser considerado, en su introducción, como lo máximo de su capacidad de procedimiento y cálculo, con capacidades muy superiores si la comparamos con una computadora de uso común.

Una Superordenador, también puede entenderse como un tipo de computadora muy potente y rápida, concebida para procesar grandes cantidades de información en muy poco tiempo y exclusiva en el tratamiento de una tarea específica.

En este sentido algunos programadores consideran que una definición acertada sería considerar un Superordenador como una computadora más potente y rápida que existen en un momento dado. Son de gran tamaño, pueden procesar enormes cantidades de información en instantes, destinadas a un área específica y con una capacidad de almacenamiento enorme. Hablemos de los antecedentes de este dispositivo.

Historia

En el año de 1960, la empresa Control Data Corporation (CDC), el señor Seymour Cray, introdujo el primer Superordenador, el cual lideró en una metodología efectiva, compuesto de técnicas informáticas, tales como almacenamiento, procesamiento y representación de grandes volúmenes de data en un rango de tiempo muy breve. A continuación, presentamos una breve biografía del creador del primer Superordenador.

Seymour Gray, nació en Chippewa Falls. Wisconsin Estados Unidos, el 28 de septiembre de 1925 y fallece el 6 de octubre de 1996 en un trágico accidente automovilístico en Colorado, Estados Unidos. Estudió Ingeniería Electrónica en Minnesota. Seymour Gray es considerado el padre de los Superordenadores; su mayor obsesión fue la creación y desarrollo de este dispositivo.

En el año de 1957, la empresa Control Data Corporation (CDC), construye el supercomputador CDC 1604, que constituye el primer ordenador que utilizó transistores en lugar de tubos de vacío, toda una innovación para la época.

Con el tiempo y debido al  éxito alcanzado por el performance de los Superordenadores, motivaron a Seymour Craig a independizarse y crear su propia empresa en 1970, denominada Cray´s Research. El objeto o razón social de esta empresa era dedicarse en forma exclusiva al diseño y construcción de superordenadores y previo encargo por parte del cliente.

El CRAY-1(1976), fue un modelo que se instaló en el Laboratorio Nacional Los Álamos, incorporaba en conjunto un procesador vectorial con un procesador escalar, considerado en su momento el más rápido del mundo, que disponía de una capacidad de 1 Millón de palabras de 64 bits y un ciclo de 12,5 nanosegundos. Su valor figuraba en 10 Millones de dólares.

Esta corporación fue líder por cinco años seguidos en el mercado de superordenador, aportando nuevos diseños adaptables a las exigencias de los usuarios.

Este dispositivo llamado CRAY-2 (1985), tenia una rapidez de unos 6 a 12 veces superior a su predecesor, disponía de unos 250 Millones de palabras y 240.000 chips, como característica importante. En su interior se encontraba sumergido por un liquido refrigerante. A mediados del año 1986 en todo el mundo existían unos 130 sistemas de este tipo, de los cuales 90 eran construidos por la marca Cray.

En estos momentos el mercado de el Superordenador se encuentra dominado por empresas muy sólidas como son Industries Bussines Machines (IBM) y Hewlett Packard (HP) que han actuado como empresas absorbentes de otras corporaciones de menor estructura, cuyo objeto principal ha sido ganar experiencia en tan dinámico sector de la informática.

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Características del superordenador

Una de las características más relevantes del superordenador consiste en el número de procesadores y su gran memoria, la cual le permite un amplio rango de almacenamiento efectivo del sistema operativo y de archivos. Su capacidad de cálculo resulta muy superior si se le compara con los ordenadores comunes.

El criterio más importante del rendimiento, se concibe en la capacidad de cálculo que se mide en FLOPS (Floating Points Operation per Second) que se entiende como una operación aritmética equivalente un flop por segundo. (Es importante recalcar, que la s final no se refiere al plural sino a la s de segundo). El Peta FLOPS, es una unidad equivalente a 1000 Billones de operaciones por segundo; es ilustrativo señalar que IBM Summit alcanza una potencia de 200 PetaFLOPS.

De esta manera el superordenador, permite que múltiples usuarios se conecten a la vez y desde estaciones remotas al centro de datos, sin embargo, presenta una desventaja con respecto a la cualidad de los usuarios, por ser estos especialistas en las investigaciones o consultas específicas.

Los clientes seleccionan este tipo de tecnología, es decir desde el punto de vista de los problemas a resolver, eligen los equipos mediante catálogos que promocionan las empresas distribuidoras de estas tecnologías.

Otra característica está referida al alcance, ya que su penetración es muy baja o practicamente ninguna en la sociedad común, sin embargo, es innegable el gran impacto que tiene esta tecnología en los centros de investigación, universidades, centros financieros. ONGs y oficinas gubernamentales por el uso y tratamiento de grandes bases de datas u operaciones de enormes volúmenes de cálculos.

De esta manera, el superordenador se ha convertido en una herramienta indispensable en la investigación científica y en la industria de diversos sectores de la sociedad contemporánea.

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Sistemas operativos en el superordenador

Los superordenadores son equipos complicados, diseñados para fines específicos y requieren un sistema operativo complejo, personalizado y optimizado para dicho propósito.

Por otra parte, cabe destacar que los primeros superordenadores, no disponían de un sistema operativo incorporado, esta condición obligaba a los centros de datos o cualquier otra institución pública o privada que requerían su uso, asumir el compromiso del desarrollo de un sistema operativo (SO) específicamente funcional del equipo; a manera de ilustración el CDC 6600 (considerado el primer superordenador de la historia) utilizó un SO, conocido como Chippewa o sistema operativo de Gray, caracterizado por ser muy simple pero con una alta vocación de  poder controlar las diferentes tareas del sistema informático, resultando que las distintas actividades  siempre dispusieran de lo que requerían para llevar a término su propósito.

El sistema operativo Kronos

Fue diseñado e implantado durante la década de los 70 y su característica principal consiste en que el volumen de tareas pudiesen acceder al mismo tiempo, condición importante para optimizar significativamente el desarrollo del trabajo definido.

El sistema operativo CDC SCOPE

(En inglés, Supervisory Control Of Program Execution) fue utilizado durante la década de los 60, su característica principal es que permite tener controladas todas las tareas del sistema.

El sistema operativo NOS

(Network Operating System) fue un programa audaz, ya que su adopción sustituyó a los dos anteriores durante la década de los 70. Su principal objetivo era convertir a NOS en un sistema operativo común en todas las innovaciones de CDC (Control Data Corporation).

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Nos /Ve(Network Operating System/ Virtual Environment)

Sustituyó al NOS, en los años 80, su característica principal consistía en la disposición de una memoria virtual, condición que permitió el reconocimiento y aceptación por parte del mundo informático de la época.

Sistemas operativos modernos en el superordenador

Los sistemas operativos modernos que utiliza un superordenador son los siguientes:

Unix

Durante mucho tiempo estos gigantes han utilizado sistemas operativos de base Unix. Son sistemas operativos de código cerrado, los cuales requieren licencias que permitan la utilidad de su uso y su adaptación al equipo resulta excesivamente costos.

Linux

Es un sistema operativo gratuito, de código abierto y con un alto rango de adaptabilidad con relación a la variante de la personalización; siendo este último el más utilizado, a pesar de no poseer una interfaz gráfica, su uso es la modalidad remota mediante conexiones seguras y terminales.

Tipos de superordenador y sus sistemas operativos

A continuación encontraras algunos de los superodenadores y los sistemas operativos que utilizan.

Sierra

Es un superordenador muy potente y su sistema operativo es  Red Hat Enterprise Linux (RHEL).

Sunway TaihuLight

Es un superordenador de fabricación china y funciona con un sistema operativo propio denominado Sunway RaiseOS 2:0:5.

Thianhe-2A

Se encuentra ubicado en China, su sistema operativo es Kylin Linux.

Piz Daint

Está ubicada en Suiza y su sistema operativo es Cray Linus Environment, también conocido como UNICOS, que consiste un sistema operativo emulador de Unix.

Trinity

Es un superordenador potente, ubicado físicamente en los Estados Unidos y utiliza el mismo sistema operativo descrito anteriormente.

Titán

Se trata de un  superordenador poderoso ubicado en Estados Unidos y utiliza como sistema operativo Cray.

Al Bridging Cloud Infrestructure

Es un equipo muy poderoso, ubicado en Japón y utiliza un sistema operativo basado en Linux.

Sequoia

Ubicado en los Estados Unidos y al igual al anterior también opera con el sistema operativo Linux.

Summit

Ejecuta un sistema operativo denominado Red Hat Enterprise Linux (RHEL) sin especiales modificaciones pero cuenta con una serie de compiladores avanzados y librerías matemáticas que le imprimen un mejor desempeño logrando una eficiencia óptima.

Sistema de  enfriamiento

Los sistemas de enfriamiento del superodenador  requieren de un control de temperatura especial cuyo propósito consiste en disipar el calor producido por múltiples componentes que conforman la estructura de este ordenador, así como también es oportuno considerar los altos costos, no solo en cuanto a su precio se refiere, sino al  excesivo  gasto en el  mantenimiento de orden preventivo y correctivo, así como las actividades de capacitación del personal encargado del funcionamiento de estas maquinarias gigantes de la computación.

Debes saber que estos sistemas generan gran cantidad de calor debido al conjunto de componentes que poseen los circuitos internos que lo integran; situación que los diseñadores del hardware toman en cuenta y se conciben numerosos mecanismos que regulen el calor producido que pudiesen afectar el performance del sistema afectando en forma severa al Central Processing Unit (CPU) o algunos de sus periféricos cercanos.

El superordenador de última generación cuenta con un mecanismo de control especial de temperatura, siendo uno de estos el sistema de enfriamiento instalado por la empresa Jonhson Controls, a cargo de la Universidad de Stuttgart (Alemania).

Para alojar estos  sistemas de enfriamiento  se diseñó un edificio especial de bajo consumo energético, de alta redundancia y gran habilidad operativa, con la finalidad de minimizar la producción mínima de dioxido de carbono, (CO2) respetando, de esta manera,las normativas globales relativas al cambio climático mundial. Se instalaron cuatro torres de enfriamiento y un tipo de control altamente flexible con tiempos de reacción muy cortos obteniéndose unos resultados impresionantes de alta eficiencia con un extraordinario ahorro de energía.

Refrigeración por inmersión

La regfrigeración por inmersión es una técnica que consiste en sumergir los servidores en un liquido que proporciona un medio de enfriamiento superior a la ventilación de aire acondicionado. Esta tecnología fue presentada en el modelo N°.1 de la serie Green 500, con los centros de datos más eficientes del mundo.

Además, la industria 3M y un desarrollador de datos en Hong Kong mostraron una facility con este tipo de tecnología obteniendo una significativa reducción del espacio así como como una reducción de los costos.

Seguidamente te explicamos cómo las empresas implementan los sistemas de enfriamiento.

Caso IBM

El tamaño de los superordenadores produce una gran potencia en su rendimiento, pero conexo a esta ventaja se presenta una gran producción de calor, originando grandes costos en el consumo eléctrico. Para contrarrestar esta debilidad se ha implementado una  estrategia asumida por las grandes corporaciones del sector, han diseñado sistemas de refrigeración de aire acondicionados y el diseño de salas de bajas temperaturas.

IBM ha desarrollado una tecnología basada en enfriar los equipos mediante el uso de agua traida al interior a través de microcanales, inspirados en el paralelismo de la circulación sanguínea del cuerpo humano. Con la disposición de esta técnica se refrigera SuperMUC, uno de los grandes superordenadores más grande de Europa, ubicado en Leibniz que ha producido ahorros energéticos por el monto de 40%.

Por su parte, Lenovo ha ideado un sistema de enfriamiento cuyo fin consiste en la reducción significativa del consumo energético de sus equipos, denominado Neptune y su fortaleza subyace en el uso de agua caliente, tomando como base el siguiente procedimiento:

 “En los sistemas de refrigeración tradicionales tenemos que enfriar el agua a temperaturas bajas para ser capaces de refrigerar correctamente los equipos. Nosotros podemos meter agua hasta 50 grados, con lo que el coste de refrigeración es mucho menor”.

Adicional a lo expuesto, de manera complementaria , aplican un sistema de monitorización y regulación de consumo energético en tiempo real.

Principales usos del superordenador

La aparición de esta tecnología en la vida del hombre actual ha logrado una gran motivación en la formación de profesionales, investigadores y tecnólogos en el campo de la computación, en especial el conocimiento relativo a estos gigantes del mundo informático. Cada día es más común la incorporación de centros de investigación, innovación y desarrollo empresarial, el apoyo al fortalecimiento de los parques industriales, centros de procesamiento de datos en el sector privado y público.

La programación se percibe como un campo útil por su presencia en distintas áreas de desarrollo humano, originados en el tratamiento de problemas complejos que requieren gran capacidad de computo y el desarrollo de aplicaciones que den respuesta a las inquietudes en tiempo real. Dentro de esta gama de aplicaciones tenemos:

  • Elaboración de modelos de carácter predictivo y simulación, tales como movimientos migratorios de masas humanas en el planeta, modelos predicativos del clima con bajo error de pronóstico, cambio climático y su impacto en el sociosistema y ecosistema.
  • Funciona como centro de gravedad del desarrollo industrial destinados al diseño y automatización de proyectos de ingeniería, especialmente en el diseño de aplicaciones de inteligencia artificial en el sector.¿ Te interesa saber sobre inteligencia artificial. Te sugiero la lectura en Características de la inteligencia artificial
  • Procesamiento de imágenes, fortalecimiento de sistemas de información gerenciales y geográficos, perfeccionamiento de la robótica.
  • En la investigación médica el  superordenador abarca diversos campos tales como el diseño de corazones artificiales, tomografías computarizadas, estimación de daños cerebrales y caracterización de la estructura bioquímica del virus Covid-19 para la determinación de posibles fármacos que puedan tener un relación con la toxicidad del virus, en este aspecto Mare Nostrum un superordenador ubicado en España está realizando este tipo de investigación en tiempo real. Igualmente se está dedicando a realizar Estudios de Biotecnología e ingeniería genética.

Superordenadores ¿Cuáles son los más potentes?

En las actuales circunstancias que sobrevive el mundo moderno, a veces nos sorprenden increíbles paradojas tales como procesos nanológicos, en donde la miniaturización marca la clase del desarrollo armónico científico y tecnológico en cuanto a la óptica pragmática. Los superordenadores van en dirección contraria, de gigantes tecnológicos con extraordinaria robustez en la búsqueda de soluciones a los grandes problemas que pululan en vuestro entorno y coincidencia con esa visión pragmática que surge como respuesta satisfactoria para la mitigación o desaparición de los problemas planteados.

El Top500 constituye un proyecto destinado donde se destacan los 500 superordenadores más potentes de la actualidad en el mundo, es importante destacar que esta lista esta elaborada por un grupo de gurúes del área de la computación. En esta publicación se usaran los cinco superordenadores más poderosos de 2020.

Summit

Es considerado como el superordenador más potente del mundo. Diseñado por IBM para el Oak Ridge National Laboratory de Tennessee, perteneciente al Departamento de Energía de EEUU. Ocupa el equivalente a dos canchas de baloncesto y alcanza unos impresionantes 148,6 petaflops, gracias a sus 2,41 millones de núcleos.

Sierra

Diseñado por IBM, es el responsable  de la creación del segundo supercomputador más potente de la lista, situado en el Lawrence Livermore National Laboratory de California. Basado en un hardware similar a Summit. Sierra alcanza los 94,6 petaflops.

Sunway TaihuLight

Con este superordenador, TaihuLight, construido por el Centro Nacional de Investigación de Ingeniería y Tecnología de Computación Paralela e instalada en el Centro Nacional de Supercomputación en Wuxi.(China). A diferencia de otras máquinas de su calibre, carece de chips aceleradores, por lo que sus 93 petaflops dependen de sus más de 10 millones de procesadores chinos Sunway.

Tianhe-2A

Superordenador también llamado Vía Láctea 2A, está ubicado en el Centro Nacional de Supercomputación (Guangzhou, China)está desarrollado por la Universidad Nacional de Tecnología de Defensa y equipado con procesadores Intel Xeon para alcanzar los 61,4 petaflops. Según sus operadores el destino es establecer el orden computacional de problemas de defensa de índole gubernamental.

Frontera

Esta supermáquina ha sido desarrollada por Dell y equipado por Intel. Se ha considerado como el superordenador más rápido del mundo situado Texas Advanced Computing Center, Universidad de Texas (EEUU). Colabora con tres docenas de equipos científicos en investigaciones relacionadas con la física de los agujeros negros, la mecánica cuántica, el diseño de fármacos o los modelos climáticos. Sus 23,5 petaflops estarán a disposición de la comunidad científica, que se beneficiará de su capacidad de computación sobre todo en las áreas de la astrofísica, ciencia de materiales, energía, genómica y modelado de desastres naturales.

MareNostrum5: Un superordenador fuera de serie

El nombre MareNostrum, tiene su procedencia de la denominación que hacían los antiguos romanos del mar Mediterráneo. El Barcelona Supercomputing Center (Centro Nacional de Supercomputación) le concede ese nombre a superordenador más emblemático, el cual en sus diferentes versiones, se ha convertido en la máquina más potente de España y al finalizar su última versión MareNoustrum5, se proyecta como unos de los grandes computadores de la Unión Europea.

Vamos a conocer más sobre este gigante informático. Su capacidad está proyectada para alcanzar una potencia de 200 petaflops, superando unas 17 veces a la versión actual de 13,7 petaflops y 10.000 veces mayor (MareNostrum 4). Se usa el termino pre-excalada, para designar a los superordenadores capaces de superar la barrera de los 150 petaflops.

Es importante destacar la inversión que hace España, país miembro de la Unión Europea, que dedica recursos públicos a la supercomputación. Las administraciones gubernamentales, sin importar su tendencia ideológica, han puesto gran interés en la concepción. desarrollo y aplicación de estas técnicas a la solución de grandes problemas tanto nacionales como foráneos.

El superordenador MareNostrum en todas sus versiones, se ha constituido en la piedra angular de la investigación científica y tecnológica de la Unión Europea, siendo esta un gran soporte de la supercomputación, no solo a nivel de difusión, sino de apoyo de recursos financieros.

Entonces, mientras más herramientas ofrece el Centro de Supercomputación de Barcelona, se forman más grupos de trabajo dedicados a la investigación alrededor de este, con la intención primordial de  impulsar su tecnología de punta en la consecución de intereses y resolución de problemas que afectan a las sociedades modernas.

MareNostrum, no solo es un gran superordenador, sino también representa un polo de atracción, concebido para la disponibilidad de uso para la comunidad científica a nivel global.

Es extremadamente amplio lo que hace MareNostrum, constituye  un programa de desarrollo en el diseño de diferentes prototipos que han creado una generación de superordenadores en cada versión una herramienta más potente y versátil, no sólo en su hardware y software, sino en su proyección hacia la sociedad.

Hasta estos momentos se han desarrollado cinco versiones del superordenador MareNostrum.

MareNostrum 1: Fue concebido gracias a la sinergia entre el gobierno español y la empresa IBM mediante un acuerdo para construir uno de los superordenadores más rápido de Europa en el año 2004. Su capacidad computacional era de 42.35 Teraflops (42.35 trillones de operaciones por segundo).

MareNostrum 2: En noviembre de 2006, su capacidad computacional aumentó, motivado a la gran demanda de proyectos científicos. Esta capacidad era de 94.21 Teraflops, el doble de su antecesor y para lograr este performance, se incrementó el número de procesadores de 4.812 a 10.240.

MareNostrum 3: Mediante una actualización se alcanzó el pico de performance de 1.1. petaflops en los años de 2012-2013, gracias a la incorporación de 48,896 Intel Sandy Bridge proceso en  3,056 nodos, incluyendo 84 Xeon Phi 5110P en 42 nodos, con más de 115 TB de memoria principal y 2 PB of GPFS de almacenamiento de disco.

MareNostrum 4: Para fines del año 2017, comenzó a operar este gigante, alcanzó su pico de performance de 13.7 Petaflops, su capacidad de cálculo estuvo distribuida en dos bloques completamente diferentes, originando las tecnologías de bloques.

El propósito general de estos bloques contenía 46 bandejas de 3.456 nodos, cada nodo tenía dos Intel Xeon Platinum chips, cada uno a su vez con 24 procesadores acumulando un total de 165,888 procesadores y una memoria principal de 390 Terabytes.Su pico de poder alcanzó los 11.15Petaflops, dicho de otra manera, es capaz de procesar mas de once mil millones de operaciones por segundo, diez veces más que su antecesor.

El superordenador más potente: MareNostrum5

A mediados del año 2019, la empresa EuroHPC, seleccionó la Barcelona Supercomputing Center, como la entidad que alojaría al superordenador con la mas alta capacidad de pre-excalada en el continente europeo. S prevé su entrada en funcionamiento para el 31 de diciembre de 2020 y será el superordenador mas importante para la atención y solución de la diversidad de controversias que acechan a las sociedades modernas .

De esta manera podemos entender la importancia de los superodenadores en el mundo, una gran invención que sigue en auge de forma avasallante. Las potencias mundiales, como EEUU, Japón y China se esmeran en una competencia sana a favor de la humanidad.

A continuación observa el siguiente video, así podrás ampliar tus conocimientos sobre este interesante tema.

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