¿Qué es la supercomputación?

La tecnología de supercomputación comprende supercomputadoras, las computadoras más rápidas del mundo. Las supercomputadoras se componen de Interconnect, sistemas de E/S, memoria y núcleos de procesador.

A diferencia de las computadoras tradicionales, las supercomputadoras utilizan más de una unidad central de procesamiento (CPU). Estas CPU se agrupan en nodos de cómputo, que comprenden un procesador o un grupo de procesadores (multiprocesamiento simétrico (SMP)) y un bloque de memoria. A escala, una supercomputadora puede contener decenas de miles de nodos. Con capacidades de comunicación Interconnect, estos nodos pueden colaborar en la resolución de un problema específico. Los nodos también utilizan interconexiones para comunicarse con sistemas de E/S, como almacenamiento de datos y redes.

Cabe señalar que, debido al consumo de energía de las supercomputadoras modernas, los centros de datos requieren sistemas de refrigeración y facilidades adecuadas para alojarlo todo.

Debido a que las supercomputadoras a menudo se utilizan para ejecutar programas de inteligencia artificial, la supercomputación se ha convertido en sinónimo de IA. Este uso regular se debe a que los programas de IA requieren computación de alto rendimiento que ofrecen las supercomputadoras. En otras palabras, las supercomputadoras pueden manejar los tipos de cargas de trabajo que normalmente se necesitan para las aplicaciones de IA.

Por ejemplo, IBM® construyó supercomputadoras Summit y Sierra pensando en cargas de trabajo de big data e IA. Están ayudando a modelar supernovas, ser pioneros en nuevos materiales y explorar el cáncer, la genética y el medio ambiente con el uso de tecnologías disponibles para todas las empresas.

La supercomputación se mide en operaciones de punto flotante por segundo (FLOPS). Los petaflops son una medida de la velocidad de procesamiento de una computadora equivalente a mil billones de flops. Y un sistema informático de 1 petaflop puede realizar un cuatrillón(10¹⁵) de fracasos. Desde una perspectiva diferente, las supercomputadoras pueden tener un millón de veces más potencia de procesamiento que la computadora portátil más rápida.

Según la lista TOP500, la supercomputadora más rápida del mundo es la japonesa Fugaku, con una velocidad de 442 petaflops a junio de 2021. Las supercomputadoras IBM, Summit y Sierra, ocupan el segundo y tercer lugar, con 148.8 y 94.6 petaflops, respectivamente. Summit está ubicado en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, una facilidad del Departamento de Energía de EE. UU. en Tennessee. Sierra se encuentra en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California.

Para poner las velocidades actuales en perspectiva, cuando Cray-1 se instaló en el Laboratorio Nacional de Los Alamos en 1976, logró una velocidad de alrededor de 160 megaflops. Un megaflop puede realizar un millón (10⁶) de fracasos.

El término supercomputación a veces se utiliza como sinónimo de otros tipos de computación. Pero otras veces, los sinónimos pueden ser confusos. Para aclarar algunas similitudes y diferencias entre los tipos de computación, aquí hay algunas comparaciones comunes.

Si bien la supercomputación generalmente se refiere al proceso de cálculos complejos y grandes utilizados por las supercomputadoras, la computación de alto rendimiento (HPC) es el uso de múltiples supercomputadoras para procesar cálculos complejos y grandes. Ambos términos a menudo se usan indistintamente.

Las supercomputadoras a veces se denominan computadoras paralelas porque la supercomputación puede usar procesamiento paralelo. El procesamiento paralelo es cuando varias CPU trabajan para resolver un solo cálculo en un momento dado. Sin embargo, los escenarios de HPC también usan paralelismo, sin usar necesariamente una supercomputadora.

Otra excepción es que las supercomputadoras pueden usar otros sistemas de procesadores, como procesadores vectoriales, procesadores escalares o procesadores multiproceso.

Computación cuántica es un modelo informático que aprovecha las leyes de la mecánica cuántica para procesar datos, realizando cálculos basados en probabilidades. Su objetivo es resolver problemas complejos que las supercomputadoras más poderosas del mundo no pueden resolver y nunca lo harán.

La supercomputación evolucionó a lo largo de muchos años desde que la máquina Colossus se puso en funcionamiento en Bletchley Park en la década de 1940. Colossus fue la primera computadora funcional, electrónica y digital diseñada por Tommy Flowers, un ingeniero telefónico de investigación de la Oficina General de Correos (GPO).

El término supercomputadora comenzó a utilizarse a principios de la década de 1960, cuando IBM lanzó IBM 7030 Stretch y Sperry Rand presentó UNIVAC LARC. Estas son las dos primeras supercomputadoras intencionales, diseñadas para ser más potentes que las máquinas comerciales más rápidas disponibles en ese momento. Los acontecimientos que influyeron en el progreso de la supercomputación comenzaron a finales de la década de 1950, cuando el gobierno de Estados Unidos comenzó a financiar regularmente el desarrollo de tecnología informática de vanguardia y alto rendimiento para aplicaciones militares.

Aunque las supercomputadoras se produjeron inicialmente en cantidades limitadas para el gobierno, la tecnología desarrollada se abriría camino en las corrientes industriales y comerciales. Por ejemplo, dos empresas estadounidenses, Control Data Corporation (CDC) y Cray Research, lideraron la industria de las supercomputadoras comerciales desde mediados de la década de 1960 hasta finales de la de 1970. La CDC 6600, diseñada por Seymour Cray, se considera la primera supercomputadora comercial exitosa. IBM se convertiría más tarde en un líder de la industria comercial desde la década de 1990 hasta la actualidad.