Supercomputadoras: poderosas máquinas de procesamiento que mejoran nuestra vida cada día

Aunque cada persona en el mundo hiciera un cálculo matemático por segundo, tomaría años hacer algunas tareas que estas supercomputadoras hacen en instantes. Para hacerse una idea, se puede decir que el tamaño de la supercomputadora más potente es de varias habitaciones, llegando a pesar hasta 266,4 toneladas de pura tecnología de punta. Un verdadero supecomputador capaz de predecir incluso catástrofes naturales. Si aún no sabe muy bien qué son súper computadoras, ni cuál es la PC más potente del mundo, léalo a continuación:

¿Qué es una supercomputadora?

Una supercomputadora o superordenador es un equipo informático que tiene la capacidad de procesar volúmenes de cálculo que superan por mucho a miles de computadoras de escritorio común.

El nombre técnico que reciben dentro del área de la informática es computador de alto rendimiento o ambiente de cómputo de alto rendimiento. Los superordenadores son tan poderosos que miden su capacidad de trabajo en petaflops, una unidad de medida que representa nada menos que mil billones de operaciones por segundo.

¿Cómo funcionan?

Para construir un súper ordenador primero se crea un nodo, que es básicamente una placa base, con uno o varios procesadores potentes, tarjetas gráficas (para potenciar el trabajo de cálculo) y varias tarjetas de memoria.

Varios nodos serán apilados en una torre o armario llamado Switch. Estos son intercambiables y funcionan de manera independiente.

Una vez armadas varias de estas torres, que apilan cientos de CPU con cientos de miles de núcleos de procesamiento, son unidas con cables de fibra óptica y una infraestructura central que ayuda a coordinar el trabajo conjunto. De esta manera se conforma la infraestructura de un ordenador capaz de procesar a velocidades medibles en petaflops.

Importancia de los superordenadores

La ciencia moderna avanza gracias a los superordenadores. Con ellos se pueden hacer simulaciones complejas, detectar catástrofes naturales, evaluar sistemas con millones de variables que interactúan al mismo tiempo, analizar los datos lumínicos del espacio para detectar planetas y mucho más.

Un superordenador es una herramienta que ayuda a resolver problemas imposibles de descifrar por otros medios.

Características de las supercomputadoras

Las características de una supercomputadora pueden variar dependiendo del fabricante, pero en línea general estas tienen:

• Potencia de procesamiento en billones de tareas por segundo.
• Pueden trabajar con miles de usuarios al mismo tiempo.
• Requieren de instalaciones acondicionadas exclusivamente para su funcionamiento.
• Pueden recrear simulaciones muy complejas.
• Los fabricantes de supercomputadoras usualmente trabajan de la mano con los centros de investigación para terminarlas.
• Las súper computadoras del mundo se dedican al trabajo de impacto humano y transformación social.

Historia de las supercomputadoras

La historia detrás de los superordenadores está estrechamente ligada con el nacimiento de las computadoras ordinarias. No es de extrañar, pues la tecnología insuperable del hoy suelen ser las herramientas simples del mañana.

Aunque hay ciertos matices históricos que se pueden evaluar para separar la ciencia de la supercomputación de la tecnología doméstica. Veamos:

El inicio de los ordenadores

Es posible extender el origen de los ordenadores varios siglos en el pasado, pero para este punto en concreto no conviene ser tan rigurosos. Se podría partir entonces desde el ENIAC, conocido como el primer ordenador.

Un gigante tecnológico capaz de producir un intenso calor en base a su funcionamiento con tubos de vacío. Pese a su ortodoxa estructura, era capaz de hacer 330 operaciones simples por segundo.

Con la llegada de los transistores, se forma poco después el SSEC, el primer ordenador real con capacidad programable y poder de lectura en memoria. Todo cambió con la llegada del Manchester Mark I, en 1948, por parte de la Universidad de Manchester, el primero capaz de almacenar información. Los años consecutivos se desarrollaron la ENIAC y la BINAC. Dos potentes ordenadores dedicados a cálculos militares.

Así continúa desarrollándose de manera exponencial la tecnología en computación, liderados por marcas como IBM.

La genialidad de Seymour Cray

En lo que respecta a las supercomputadoras propiamente dichas, todo se originó con el ingeniero eléctrico y en computación Seymour Cray, mientras trabajaba para la compañía Control CDC. En este lugar desarrolló la CDC 6600.

Su diseño revolucionó la industria del cálculo y le abrió las puertas a un futuro prometedor. Aunque visto desde la vista moderna, era solo una computadora más grande a las actuales y un poco adelantada a su tiempo.

Para mediados de los ochenta, Seymour abandona CDC y forma la empresa Cray Research, donde vio la luz la primera supercomputadora Cray 1 capaz de alcanzar los 100 megaflops. Este invento se mantuvo en la cima por casi 5 años seguidos. Algo que en la industria de la tecnología es mucho tiempo.

Cray Research siguió desarrollando nuevos ordenadores, así como elementos que luego fueron incluidos en todas las generaciones siguientes, como la arquitectura de x64 bits y los sistemas de refrigeración líquida.

Avances de la década de los 80 – 90

A finales de la década de los 80, las arquitecturas pasaron de núcleos de procesamiento fuerte en trabajo paralelo, los cuales tenían una limitante de entre 4 y 16 unidades, a complejos sistemas de procesamiento masivamente paralelos, compuestos de cientos y miles de procesadores.

Esta arquitectura se ha reemplazo en la actualidad por los microprocesadores de tipo servidor.

El primer petaflops

El primer supercomputador capaz de procesar información con una velocidad de 1 petaflops fue el MDGRAPE-3, desarrollado por el instituto de investigación Riken, en Japón, cuya función principal era el análisis y simulación de las dinámicas moleculares, así como de la predicción de estructuras de las proteínas.

Hasta el momento no existían otros métodos convencionales, además de meses de trabajo manual en laboratorio por parte de extenso personal humano cualificado, para realizar estos estudios.

Poco tiempo después y luego de finiquitar 6 años de arduo trabajo de investigación de la tecnología de los ordenadores, tanto IBM como el equipo científico del Laboratorio Nacional Los Álamos en Nuevo México desarrollaron la IBM Roadrunner.

Una curiosidad de esta supercomputadora es que 12.000 de sus procesadores, fueron versiones ligeramente mejoradas del PowerXCell 8i. Es decir, el procesador de la PlayStation 3.

Los superordenadores modernos

Año tras año los superordenadores han estado desfilando con modelos cada vez más ambiciosos, con mejor control de la temperatura, consumo eléctrico y la incorporación de más torres de procesamiento servidor.

De entre las 10 supercomputadoras más famosas del mundo moderno, la de menor potencial de procesamiento, alcanza sin problemas los 60 petaflops.

Funciones que pueden tener las supercomputadoras

En la actualidad, las supercomputadoras suelen tener aplicaciones o funciones puntuales dentro de áreas de desarrollo científico y humano, lo que justifica su presencia en centros de oficinas de tecnología y laboratorios de investigación.

Entre las funciones más destacadas de los superordenadores tenemos:

Simulación orgánica

Las proteínas son las encargadas de realizar casi todos los trabajos celulares. Ordenan, configuran, estructuran, dan función y regulan prácticamente todos los tejidos de los cuerpos biológicos.

La forma de una proteína, tiene una relación directa con su funcionamiento, pero predecir la forma específica que una proteína debe tener para determinada tarea es casi imposible.

Al menos que, claro, se tenga una supercomputadora capaz de realizar billones de simulaciones en periodos muy cortos de tiempo. Gracias a esta herramienta es posible diseñar fármacos y vacunas para todo tipo de enfermedades en tiempo récord.

Cálculo de física cuántica

Muchas supercomputadoras suelen estar destinadas a procesos de cálculo que involucran complejas estructuras de mecánica cuántica que, dada su dificultad, son casi imposibles de resolver con procesadores u ordenadores convencionales.

Los descubrimientos en los que trabajan este tipo de superordenadores a tiempo completo han permitido acortar años de investigación científica.

Desarrollo de modelos

La industria aeronáutica, aeroespacial, naval y automotriz, se valen de superordenadores para crear modelos vehiculares y someterlos a condiciones simuladas de velocidad, presión y flujo de aire.

Estos cálculos que involucran mecánica de fluidos son sumamente complejos y difíciles de predecir con ordenadores comunes.

Gracias a ello, se pueden ahorrar millones de dólares al año en diseño de prototipos. Ya que las pruebas de nuevos equipos no se tienen que hacer en la vida real, sino que se cargan las especificaciones a un software que realizará los cálculos con una gran precisión.

Predicciones climáticas

Los científicos pueden usar supercomputadoras para correr simulaciones climáticas usando datos históricos, variables conocidas, patrones atmosféricos y demás información relevante para predecir con gran porcentaje de exactitud diversas condiciones climáticas.

En caso de potenciales tornados, terremotos y tsunamis, los superalgoritmos pueden calcular las zonas de peligro potencial, así como el nivel de devastación.

Gracias a ello es mucho más fácil estar preparados ante potenciales eventualidades.

Modelado y simulación militar

Gracias a las supercomputadoras, los equipos militares, nucleares y balísticos en general no tienen por qué ser probados en la vida real, con los peligros ni costos asociados. Un superordenador puede modelar las complejas dinámicas de las naves, misiles y explosiones en tierra para tener un control preciso del potencial militar de cada equipamiento en desarrollo.

Inteligencia artificial y Big Data

Hay pocos campos que se hayan beneficiado tanto de las supercomputadoras como los que se relacionan con la inteligencia artificial y el análisis de Big Data.

Gracias al altísimo poder de procesamiento, los científicos pueden encontrar patrones que solo surgen cuando se analizan enormes volúmenes de información de manera minuciosa. Algo que un ordenador de este tipo hace en poco tiempo.

De esta manera se desarrollan modelos y predicciones de sistemas complejos con una gran precisión.

Observación espacial

Los astrónomos suelen usar una gran computadora de este tipo para dar interpretaciones fiables a los eventos que se observan en el universo.

Puede crear predicciones evolutivas de los astros, detectar constelaciones nuevas, obtener propiedades físicas de planetas a millones de años luz de distancia, realizan simulaciones cosmológicas, estudian los patrones que acompañan a las evoluciones estelares y más.

Top de supercomputadoras en la actualidad

La carrera por los superordenadores está siendo tan lucrativa, que prácticamente al año salen dos o tres nuevas marcas dispuestas a superar el récord de procesamiento de los ordenadores más potentes del mundo, que se han estado gestando años atrás.

En la actualidad, las computadoras mas potentes reconocidas en el mundo son:

1. Frontier

Si nos preguntamos cuál es la computadora mas potente del mundo, tendríamos que decir que es sin duda el Frontier, el primer superordenador capaz de trabajar a 1,1 exaflops o, lo que es equivalente, 1.102 petaflops. Es casi tres veces más rápida que el segundo superordenador del mundo.

La computadora más moderna en la actualidad es el orgullo del Laboratorio Nacional Oak Ridge, en los Estados Unidos.

Por si fuera poco, también ha roto varios records de eficiencia energética en comparación con otros equipos de su tipo.

Funciona con aproximadamente 8,7 millones de núcleos y se estima que puede alcanzar picos teóricos de hasta 2 exaflops.

2. Fugaku

El instituto de investigación de ciencias naturales, específicamente el Centro de Ciencias de la Computación RIKEN, tiene el lujo de portar al Fugaku, conocida por mucho tiempo como la computadora más moderna del mundo.

Posee más de 7,6 millones de núcleos de procesamiento A64FX 48C de 2.2GHz, lo que le da una capacidad de trabajo constante de 442,01 petaflops, con picos que superan los 530 petaflops. Se encuentra dedicada casi por completo a la simulación de sistemas complejos y a la predicción meteorológica.

Este ordenador es aproximadamente 100 veces más potente que su predecesor, la supercomputadora K.

3. LUMI

LUMI es la tercera entre las computadoras mas poderosas del mundo y el tercero de toda Europa, está a cargo del Consorcio Europeo de Computación de Alto Rendimiento, actualmente residenciada en Finlandia.

Este impresionante equipo tiene 2,2 millones de núcleos, los cuales alcanzan una velocidad de cálculo de 309,10 petaflops. Ascendiendo casi hasta los 420 petaflops en picos periódicos con prueba de esfuerzo.

Esta herramienta es utilizada para desarrollar avances médicos como el estudio de vacunas y para el estudio de factores climáticos.

4. Leonardo

El Consorcio Europeo de Computación de Alto Rendimiento tiene bajo su influencia a otra de las computadoras más rápidas del mundo, esta vez con sede en Italia: Leonardo.

Cuenta con 1,46 millones de núcleos de tipo Xeon Platinum 8358 32C de 2.6GHz, alcanzando una velocidad funcional entre los 90 y los 174,70 petaflops. Los picos pueden alcanzar los 255 petaflops de procesamiento.

Estará destinada para la simulación digital con infinidad de propósitos, especialmente orientada a la medicina, el desarrollo de nuevos productos y apoyo empresarial para el análisis de Big Data con requerimientos de inteligencia artificial.

5. Summit

La Summit es la quinta supercomputadora más potente del mundo y por mucho tiempo fue considerada una de las computadoras más sofisticadas del planeta. Pertenece al Laboratorio Nacional Oak Ridge, en los Estados Unidos.

Este potente ordenador tiene más de 2,4 millones de procesadores del tipo IBM POWER9 22C de 3.07GHz, lo que le permite alcanzar una potencia de cálculo de 148,6 petaflops, con picos que pueden llegar hasta los 200 petaflops.

Esta poderosa herramienta que nació entre un convenio de IBM y Nvidia está dedicada a la resolución de modelos y simulaciones en áreas como la astrofísica, el ahorro energético y el estudio de enfermedades.

Una vez vistos estos ejemplos de supercomputadoras es fácil entender que no hablamos de simples ordenadores de mesa comunes que a lo sumo tienen 4 u 8 núcleos, sino de un verdadero supecomputador dedicado a cálculos dedicados a cálculos naturales con varios cientos de toneladas, capaces de mover a la ciencia moderna hacia el futuro.