Supercomputadora

Supercomputadora

Una supercomputadora, supercomputador o superordenador és un dispositiu informàtic en capacitats de càlcul superiors a les computadores comunes i d'escritori, ya que s'usen en fins específics. Hui dia els térmens de supercomputadora i superordenador s'estan reemplaçant per computadora d'alt rendiment i ambient de còmput d'alt rendiment, ya que les supercomputadoras són un conjunt de poderosos ordenadors units entre sí per a aumentar la seua potència de treball i rendiment. A l'any 2019, els superordenadores més ràpits funcionaven en aproximadament més de 148 petaflops (un petaflops, en la gerga de la computació, significa que realisen més de 1000 billons d'operacions per segon). La llista de supercomputadoras es troba en el rànquing TOP500.

Història

Interior d'una supercomputadora CRAY T3D.

Les supercomputadoras es varen introduir en la década de 1970 i es varen dissenyar principalment per Seymour Cray en la companyia Control Data Corporation (CDC), la qual va dominar el mercat durant eixa época, fins que Cray va deixar CDC per a formar la seua pròpia empresa, Cray Research. En esta nova empresa va seguir dominant el mercat en els seus nous dissenys i va obtindre el podi més alt en supercómputo durant cinc anys consecutius (1985-1990). En els anys 1980 un gran número d'empreses competidores varen entrar en el mercat en paral en la creació del mercat dels minicomputadores una década abans, pero moltes d'elles varen desaparéixer a mitan dels anys noranta. El terme està en constant fluix: les supercomputadoras d'hui tendixen a convertir-se en les computadores ordinàries del matí. Les primeres màquines de CDC varen ser simplement processadors escalares molt ràpides i molts dels nous competidors varen desenrollar els seus propis processadors escalares a un baix preu per a poder penetrar en el mercat. De principi a mitan dels anys huitanta es varen vore màquines en un modest número de processadors vectorials treballant en paral, lo que es va convertir en un estàndart. El número típic de processadors estava en el ranc de 4 a 16. En l'última part dels anys huitanta i principis dels noranta, l'atenció va canviar de processadors vectorials a sistemes de processadors massivament parals en mils de CPU «ordinàries». En l'actualitat, els dissenys parals estan basats en microprocessadors de classe servidor que estan disponibles actualment (2011). Eixemples de tals processadors són PowerPC, Opteron o Xeon, i la majoria dels superordenadores moderns són hui en dia clústers de computadors altament afinados que usen processadors comuns combinats en interconexions especials. Fins ara l'us i la generació de les mateixes s'ha llimitat a organismes militars, governamentals, acadèmics i empresarials. S'usen per a tasques de càlculs intensius com a problemes de física quàntica, predicció del temps, investigació de canvi climàtic, modelat de molècules, simulacions físiques com la simulació d'avions o automòvils en el vent (també conegut com Computational Fluïu Dinamics), simulació de la detonació d'armes nuclears i investigació en la fusió nuclear. Com a eixemple, es troba el superordenador IBM Roadrunner; científics d'IBM i del laboratori dels Àlbers varen treballar sis anys en la tecnologia de la computadora. Alguns elements de Roadrunner tenen com a antecedents videojocs populars, d'acort en David Turek, vicepresident del programa de supercomputadoras d'IBM. «En certa forma, es tracta d'una versió superior de Sony PlayStation 3», va indicar. «Prenem el disseny bàsic del chip (de PlayStation) i millorem la seua capacitat», va informar Turek. No obstant, Roadrunner difícilment puga assemblar-se a un videojoc. El sistema d'interconexió ocupa 557 m² d'espai. Conta en 91,7 km de fibra òptica i pesa 226,8 t. La supercomputadora estava en elaboratori d'investigacions d'IBM en Poughkeepsie (Nova York) i es va traslladar en juliol del 2008 alaboratori dels Àlbers (Nou Mèxic).[[m___*$2$]]

Japó va crear la primera supercomputadora petaflops, la MDGrape-3, pero solament de propòsits particulars. Després IBM d'EE. UU. va crear la Roadrunner, també d'1 petaflop. China, la Milky Way One, d'1,2 petaflops; i Cray d'EE. UU. la Jaguar, d'1,7 o 1,8 petaflop, que és al final de l'any 2009 la més ràpida. El superordenador més ràpit a finals de 2010 era el chinenc Tianhe 1A, en màximes de velocitat de 2,5 petaflops.

Sistemes de refredat

Moltes de les unitats centrals de processament (CPU per les seues sigles en anglés) usades en els supercomputadores d'hui en dia dissipen dèu voltes més calor que un disc d'estufa comuna. Alguns dissenys necessiten gelar els múltiples CPU a –85 °C (–185 °F). Gelar múltiples CPU a tals temperatures requerix d'un gran consum d'energia. Per eixemple, un nou supercomputador cridat Aquasar tindrà una velocitat tope de 10 teraflops. Mentrestant el consum d'energia d'un sol rack d'este supercomputador consumix prop de 10 kW. Com a comparació, un rack del supercomputador Blue Gene L/P consumix al voltant de 40 kW. El consum promig d'un superordenador dins de la llista dels 500 supercomputadores més ràpits del món és d'al voltant de 257 kW. Per al supercomputador Aquasar, que s'instalarà en l'Institut Tecnològic Federal Suís (ETH), s'utilisarà un nou disseny de refredat líquit. Es necessitaran 10 litros d'aigua que fluiran a 29,5 litros per minut. Una de les innovacions en este disseny és que normalment els sistemes de refredat aïllen elíquit de la CPU i la transmissió de calor es dona per convecció des de la coberta metàlica de la CPU a través d'un adaptador generalment de coure o d'un atre material tèrmicament conductiu. L'innovació consistix en un nou disseny en el qual aplega l'aigua directament a la CPU per mig de tubos capilars de manera que la transmissió de calor és més eficient. En el cas del ETH en Suïssa, la calor extreta del supercomputador es reciclarà per a calfar habitacions dins de la mateixa universitat. En 2019 el segon supercomputador Serra en la llista TOP500 consumia la mitat d'energia que el tercer en la llista (Sunway TaihuLight).

Característiques

Les principals són:

• Velocitat de processament: mils de millons d'instruccions de menge flotant per segon.
• Usuaris al mateix temps: fins a mills, en entorn de rets àmplies.
• Tamany: requerixen instalacions especials i aire acondicionat.
• Dificultat d'us: solament per a especialistes.
• Clients usuals: grans centres d'investigació.
• Penetració social: pràcticament nula.
• Impacte social: molt important en l'àmbit de l'investigació, ya que proveïx càlculs a alta velocitat de processament, permetent, per eixemple, calcular en seqüència el genoma humà, número π, desenrollar càlculs de problemes físics deixant un marge d'error molt baix, etc.
• Parcs instalats: menys d'un miller en tot lo món.
• Hardware: Principal funcionament operatiu.

Principals usos

Les supercomputadoras s'utilisen per a abordar problemes molt complexos o que no poden realisar-se en el món físic, ya siga perque són perillosos, involucren coses increiblement chicotetes o increiblement grans. A continuació, donem alguns eixemples:

• Per mig de l'us de supercomputadoras, els investigadors modelen el clima passat i el clima actual i prediuen el clima futur.
• Els científics que investiguen l'espai exterior i les seues propietats utilisen les supercomputadoras per a simular els interiors estelars, simular l'evolució estelar de les estreles (events de supernova, colapse de núvols moleculars, etc.), realisar simulacions cosmològiques i modelar el clima espacial.
• Els científics usen supercomputadoras per a simular de quina manera un tsunami podria afectar una determinada costa o ciutat.
• Les supercomputadoras s'utilisen per a provar l'aerodinàmica dels més recents avions militars.
• Les supercomputadoras s'estan utilisant per a modelar cóm es doblen les proteïnes i cóm eixe plegament pot afectar a la gent que sofrix la maltia d'Alzheimer, la fibrosis quística i molts tipos de càncer.

• Les supercomputadoras s'utilisen per a modelar explosions nuclears, llimitant la necessitat de verdaderes proves nuclears.

Principals països

Artícul principal → TOP500.

En juny de 2022 treinta y dos països mantenien en funcionament 500 superordenadores:

• En Àsia 228.
• En Amèrica 148.
• En Europa 118.
• En Oceania 5.
• En Àfrica 1.

Sistemes operatius

Primers BAIX que es varen utilisar en els supercomputadores

Les primeres supercomputadoras que va haver en l'història no disponien d'un sistema operatiu incorporat, en lo que cada sèu, laboratori, etc. que utilisava un d'estos superordenadores es feya càrrec de tindre que desenrollar un BAIX en concret i a la mida del seu dispositiu. Per eixemple, el considerat primer supercomputador de l'història, el CDC 6600, va utilisar el sistema operatiu cridat Chippewa (COS, que també es diu sistema operatiu Cray). Este sistema operatiu era prou simple i la seua característica principal consistia en poder controlar les diferents tasques del sistema informàtic; d'esta manera, es conseguia que les diferents tasques sempre dispongueren de lo que requerien per a dur a terme el seu fi. A raïl d'este sistema operatiu varen sorgir nous, com per eixemple els cridats Kronos, Scope i Nos. El sistema operatiu Kronos es va implantar durant la década dels 70 i la seua característica principal és que les diferents tasques puguen accedir al mateix temps a alguna cosa que requerien vàries per a portar a terme la seua tasca. El sistema operatiu CDC SCOPE (en inglés: Supervisory Control Of Program Execution) es va utilisar durant la década dels 60. La seua característica principal és que permet tindre controlades totes les tasques del sistema. El sistema operatiu Nos (Network Operating System) es pot dir que va substituir als dos anteriors durant la década dels 70. Les seues característiques eren molt similars al del seu predecessor Kronos, pero lo que es buscava concretament en Nos era tindre un sistema operatiu comú en totes les creacions de CDC (Control Data Corporation) que hi havia. En la década dels 80, Nos es va substituir per Nos/Veu (Network Operating System/ Virtual Environment), que diferència del seu predecessor disponia d'una memòria virtual. A finals de la década dels 80 es varen començar a implantar en els supercomputadoras els cridats sistemes operatius moderns o els que han segut la base dels actuals, els sistemes operatius basats en UNIX. Els primers varen ser els cridats UNICOS, que varen ser els que varen sorgir en força durant eixa década.

Evolució del percentage d'us dels BAIX en supercomputadores

Juny de 1993.

Com s'ha mencionat en el punt anterior, els primers sistemes operatius que tenen incorporats els supercomputadores eren desenrollats a la mida i específicament per a cada u d'ells, sent per eixemple Chippewa, Kronos, Scope o Nos alguns d'ells. Pero a finals dels 80 comença a haver un canvi significatiu i els superordenadores comencen a decantar-se pels sistemes operatius basats en UNIX com UNICOS. En 1993 es comencen a fer la llista dels primers 500 supercomputadores del món i en la que s'especifica qué sistemes operatius utilisen cada u. A partir d'esta llista es va poder començar a fer una estimació de l'evolució dels sistemes operatius en ells.

• Juny 1993

El primer any que es va realisar la llista del Top 500, Unix i UNICOS (basat en Unix) eren utilisats per més d'el 50 % de les supercomputadoras, concretament el 56,4 %. Per lo tant a principis de la década dels 90, es pot dir que els sistemes operatius que predominaven es basen en Unix.

• Juny 2000

El següent any en el que hi ha un gran canvi és el 2000, perque és quan Linux, que com vorem més alvance és el BAIX principal en els superordenadores en l'actualitat, comença a fer-se un buit en el món de la supercomputación. En l'any 2000 els sistemes basats en Unix seguixen dominant, ya que els 5 primers, AIX, Solaris, UNICOS, HP Unix i IRIX es basen en est ocupant simplement entre ells el 80,6 % del percentage total, havent encara atres sistemes que en menors percentages utilisen també Unix. Com a fet destacable podem vore que UNICOS que, principis de la década, era el dominador, ya no ho és i passa a ser-ho AIX.

• Juny 2003

El següent any significatiu és el 2003, i per un fet en concret i és que Linux passa a colocar-se el primer de la llista, encara que els sistemes basats en Unix seguixen predominant en el total.

• Juny 2005

Juny de 2015.

La següent data significativa és l'any 2005, enguany Linux per sí solament ya domina tot el sector de la supercomputación en un 62,4 %, en lo que el canvi de tendència de sistemes Unix a Linux s'ha confirmat. Com a informació a tindre en conte, Hans Werner Meuer (professor de ciències informàtiques en l'Universitat de Mannheim, Alemània) encarregat de fer la llista va comentar que encara que està segur del domini de Linux en el sector de la supercomputación, no es podia assegurar que les senyes de la llista foren 100 % fiables i que és més be una estimació, ya que molts dels llocs a on s'utilisen superordenadores es negaven a proporcionar l'informació sobre que BAIX tenien.

• Juny 2012

L'any 2012 és quan Linux alcança el seu top fins al dia d'hui en un percentage d'el 83,8 %, havent ademés ya atres sistemes que també estan basats en Linux.

• Juny 2015

L'última llista feta del Top 500, mostra com els sistemes basats en Linux dominen totalment el sector de la supercomputación en l'actualitat en un 97,2%, concretament 486 dels 500 superordenadores ho utilisen. L'atre 2,7% restant està conformat bàsicament per sistemes UNIX. Com a senya interessant, Windows o Mac VOS tenen un percentage pràcticament nul en el sector de la supercomputación.

• Juny 2022

L'any 2022 la llista de Top 500 presenta la totalitat dels sistemes basats en Linux, alcançant un 100,0 % d'us entre les superordenadoras.

Motiu d'este canvi, quin BAIX predomina actualment i per qué

Ha tingut lloc un parell de canvis claus en el món dels sistemes operatius que s'usen en la supercomputación. El primer d'ells va ser durant finals de la década de 1980, i va ser quan es va passar de que per a cada superordenador tinguera que desenrollar-se un BAIX a mida per a ella, a aplicar sistemes operatius basats en UNIX. Este canvi va ser degut a que va aplegar un punt en que el cost de desenrollar eixe software específic era el mateix que el que es gastava en hardware, cosa que feya del tot inviable seguir per eixe camí. També gràcies a UNIX es podia proporcionar potència de manera flexible a la supercomputadora, que era molt important pels constants canvis de les aplicacions científiques en les que s'utilisaven, o el canvi d'hardware que hi havia constantment per l'evolució d'est. El segon gran canvi que va haver va ser quan es va passar, aproximadament sobre l'any 2003, d'un domini total d'UNIX al domini total de Linux, que és el BAIX que predomina en l'actualitat. Este canvi va ser per varis motius: el primer era la flexibilitat que nos oferix Linux, ya que este dispon d'un kernel obert en el qual fer modificacions i optimisacions sobre ell. Per una atra part, el cost de les llicències de Linux està molt per baix d'uns atres i en global és més rendable, ya que té una comunitat entorn que ajuda i aporta de forma gratuïta. Linux és el BAIX predominant en l'actualitat per varis factors, com per eixemple que el seu cost és nul, que dispon d'un kernel genèric, que té una gran escalabilidad que li permet adaptar-se a grans càrregues fàcilment, que la seua instalació es basa en chicotets mòduls, els quals cada u fa una tasca: en açò es conseguix que si es modifica un no afecte als demés, també el seu còdic és obert lo que permet que en qualsevol moment pugam modificar este davant qualsevol canvi que es vullga o sorgixca en la supercomputadora; un atre punt és que darrere té una gran comunitat que dona respal, i per últim nos permet fer proves de configuració de ret sense la necessitat de tindre que reiniciar el sistema. En juny de 2020, Fujitsu i l'institut d'investigació japonés Riken varen crear Fugaku, un superordenador localisat en Japó que ha segut reconegut com el més potent del món, en 415,53 petaflops, unitat que equival a mil billons d'operacions de menge flotant per segon.

Enllaços externs

Commons

• Wikimedia Commons alberga contingut multimèdia sobre Supercomputadora.
• Supercomputo de l'Institut Politècnic Nacional
• Laboratori de Supercomputo UAM-Iztapalapa
• Interinstitucional en Mèxic
• Supercomputo UNAM
• Nacional de Supercómputo del Surest de Mèxic
• Macrocomputadoras o Mainframes
• d'escritori dissenyada per la companyia nVidia.
• [1]
• Qué és una Supercomputadora?