Introducción a las supercomputadoras

Supercomputadora Blue Gene de IBM

Mucho hemos escuchado hablar de supercomputadoras en el transcurso de nuestras carreras, pero sin saber  a ciencia cierta de que se trata. ¿Que es una supercomputadora?, o mejor dicho, ¿Cuales son sus características? ¿Que las distingue de las computadoras ordinarias?

Empezaremos por decir que una supercomputadora no es mas que una computadora con una capacidad de calculo superior, en ordenes de magnitud, a nuestras computadoras de escritorios y laptops. Claro  que este gran poder de calculo implica un muchísimo mayor consumo de energía (en el orden de los cientos de Kilo Watts a Mega Watts), componentes especiales y mas costosos (en el orden de los millones de dolares), y un espacio muchísimo mas grande (pueden ocupar grandes habitaciones enteras o edificios) para acomodar sus componentes.

Pero, ¿Como es posible obtener un poder computacional cientos o miles de veces mayor que un PC de escritorio con la tecnología de microprocesadores existente? Esto se puede lograr mediante  el procesamiento masivo  en paralelo.  Una supercomputadora esta compuesta por cientos o miles de computadoras mas pequeñas interconectadas entre si. Cada una de estas computadoras mas pequeñas recibe el nombre de nodo. Cada nodo a su vez esta compuesto por múltiples procesadores multi-núcleo con una gran cantidad de memoria. Los nodos de una supercomputadora se diseñan por lo general en un formato delgado y se encuentran organizados en clusters que se acomodan físicamente en racks verticales. En las siguientes fotos se pueden observar como son físicamente los nodos y como se organizan en racks.

Nodo de supercomputadora

Nodos organizados en Racks, Supercomputadora

Pongamos ahora en perspectiva el poder de computo superior de las supercomputadoras. La capacidad de computo de una computadora es medido, en general, por el numero de instrucciones por segundo que esta puede procesar.  Especificamente, la metrica utilizada es el numero de instrucciones de punto flotante por segundo, FLOPS por sus siglas en ingles. Mientras una computadora personal bastante poderosa con una CPU core i7 de 6 nucleos y dos tarjetas graficas Radeon HD5970 puede alcanzar un poder de computo de 1.03 TeraFLOPS.[1] La supercomputadora mas poderosa,  la computadora K de japon, posee una potencia computacional de 10.51 Petaflops[2]. Si hacemos el calculo la supercomputadora mas poderosa tiene un poder de calculo de alrededor 10204 veces el de una PC de ultima generación. Claro esta que mientras el consumo de potencia de un PC de escritorio de ultima generación a carga plena es en promedio entre 300 y 500W, una supercomputadora consume en promedio entre 300 y 500 KW[3].

Una supercomputadora requiere un sistema de refrigeración especial que básicamente consiste de un sistema complejo e aire acondicionado que debe mantener los nodos a cierta temperatura para que puedan funcionar de manera optima. Es evidente que la potencia consumida por el sistema de refrigeración contribuye a aumentar de forma significativa el consumo de potencia total del sistema.

Las supercomputadoras se utilizan mas que todo en el area de investigación, por ejemplo, en la simulación de sistemas físicos y biológicos complejos que permiten ser procesados de forma masiva-mente paralela y que aprovechan este poder de computo tan grande.

 Algunos ejemplos específicos de aplicaciones supercomputadas son las siguientes:

• 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.


• Las supercomputadoras se están utilizando para modelar cómo se doblan las proteínas y cómo ese plegamiento puede afectar a la gente que sufre la enfermedad de Alzheimer, la fibrosis enquistada y muchos tipos de cáncer.


• Las supercomputadoras se utilizan para modelar explosiones nucleares, limitando la necesidad de verdaderas pruebas nucleares.[3]

En este articulo hemos podido, conocer y aprender sobre las supercomputadoras, sus principales características, sus aplicaciones y su apariencia física.   Es evidente que las supercomputadoras contribuyen de manera decisiva al progreso de la ciencia y la tecnología, aunque claro su costo y su consumo de energía son muy elevados. Es por esta razón que en latino-américa existen una cantidad limitada. Solo Argentina, México  y Brasil disponen de sistemas supercomputados. A pesar de sus altos costos se seguirán construyendo supercomputadoras mas y mas potentes, ya que sin ellas seria casi imposible resolver muchos de los problemas científicos de la humanidad.

REFERENCIAS

[1]http://en.wikipedia.org/wiki/FLOPS

[2] http://www.fujitsu.com/global/about/tech/k/

[3] http://es.wikipedia.org/wiki/Supercomputadora