Cuando la gente escucha la palabra supercomputadora, normalmente se imagina a Deep Blue. Esa máquina de IBM venció a Gary Kasparov al ajedrez en 1997. Se convirtió en la cara pública de la informática de alto rendimiento. La victoria fue controvertida. Algunos argumentaron que la computadora era demasiado confiable o que Kasparov jugó mal. La verdad es más complicada. De hecho, IBM desmanteló Deep Blue poco después del partido. No sobrevivió como sistema funcional.
Watson cambió el juego más tarde. Venció a los campeones de Jeopardy! Ken Jennings y Brad Rutter. Manejó el lenguaje natural y las trivias con facilidad. Estos sistemas eran brillantes. Pero palidecen en comparación con lo que estaba en la lista TOP500 de noviembre de 2013.
TOP500 rastrea los 500 sistemas más potentes disponibles comercialmente. El nombre suena irónico. Estos no son comerciales en el sentido de que puedes comprarlos en un estante. Son monolitos institucionales. Parecen un retroceso a los años 50. Las primeras computadoras llenaban habitaciones enteras. Los modernos llenan los almacenes. Utilizan bastidores de hardware de última generación para producir petaflops de energía.
Su computadora portátil tiene cuatro núcleos. Una supercomputadora tiene cientos de miles. La entrada principal tenía más de tres millones de núcleos.
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Cómo se miden las supercomputadoras
TOP500 utiliza el punto de referencia Linpack. Alimenta una computadora con ecuaciones lineales. Mide qué tan rápido los resuelve la máquina. Se está trabajando en un método alternativo. La clasificación es importante porque rastrea el progreso global. La lista se actualiza cada seis meses. Nuevos sistemas suben de rango. El Tianhe-2 de China ocupó el primer lugar en noviembre de 2013.
Así es como se veía el top 10 a principios de 2014.
10: SuperMUC (Alemania)
9: Vulcano (Estados Unidos)
Las clasificaciones volvieron a cambiar. SuperMUC cayó del cuarto al décimo. Esa gota duele. Pero la eficiencia sigue siendo el titular. La refrigeración por agua marca la diferencia. La refrigeración por aire no puede competir. Las cifras de IBM son crudas. La eliminación del calor es 4.000 veces más rápida. Eso no es un error tipográfico. Es física.
¿Por qué esto importa? Facturas de energía. Huellas de carbono. El costo de mantener vivo un cerebro. SuperMUC ahorra un 40 por ciento de energía. Eso es enorme para una máquina de este tamaño. 150.000 núcleos no funcionan gracias a la buena voluntad. Funcionan con electricidad. El Centro de Supercomputación Leibniz lo sabía. Instalaron refrigeración por agua caliente. Evita que los procesadores se derritan. Es sencillo. Es efectivo.
El segundo más rápido de Alemania. El tercero de Europa. Casi el doble del décimo puesto del año pasado. La velocidad no lo es todo. La estabilidad importa. La eficiencia importa. SuperMUC demuestra que no es necesario quemar el planeta para realizar cálculos.
Pero Estados Unidos no se queda quieto. La siguiente entrada de la lista cambia el juego.
9: Vulcano (Estados Unidos)
Vulcano. Laboratorios Nacionales Sandia. Nuevo Méjico. No es sólo rápido. Es denso. Sistemas Cray. Procesadores Xeon. Redes InfiniBand. La arquitectura es diferente. Se trata de empaquetar energía en un espacio más pequeño. Menos espacio. Más cálculo.
¿Cómo se compara? SuperMUC es más amplio. Vulcano es más profundo. La densidad de energía es mayor. Eso trae nuevos desafíos de refrigeración. No tanques de agua caliente. Refrigeración por microcanales. Platos fríos líquidos. El hardware necesita respirar de otra manera.
¿Quién lo usa? Seguridad nacional. Modelización climática. Astrofísica. Las aplicaciones son de mucho juego. Vulcan ejecuta simulaciones que predicen resultados. Resultados que afectan la política. Resultados que cuestan miles de millones.
No se trata sólo de velocidad. Se trata de precisión. Con 150.000 núcleos, un solo bit puede caer en cascada. SuperMUC maneja eso con escala. Vulcan lo maneja con diseño. Estrecha integración. Baja latencia.
¿Cuál es mejor? Depende del problema. SuperMUC para levantamiento pesado de uso general. Vulcan para tareas especializadas y de alta densidad. La línea se está desdibujando. Ambos están superando los límites de lo que es físicamente posible en un centro de datos.
Los sistemas de refrigeración cuentan la historia. Uno utiliza circuitos de agua. El otro utiliza líquido directo al chip. Ambos resuelven el mismo problema. El calor es el enemigo. El poder es el recurso. La eficiencia es la métrica.
La entrada de Vulcan entre los diez primeros no es sólo un cambio de clasificación. Es una declaración. Estados Unidos está duplicando su densidad. Sobre la eficiencia. Sobre hacer más con menos.
La carrera no ha terminado. Cada vez hace más calor. Literalmente.
Vulcan: la central eléctrica de la NNSA abre las puertas a la industria
Vulcan ocupó el puesto número nueve en la lista, marcando la primera entrada en el top 10 que se ejecuta en la formidable arquitectura BlueGene/Q de IBM. Se basa en procesadores Power BQC (chips de 16 núcleos con frecuencia de 1,6 GHz) para ofrecer potencia computacional en bruto. El sistema registra 4,3 petaflops. Se trata de un salto significativo, superando a su predecesor por más de un petaflop y aprovechando casi 400.000 núcleos para realizar el trabajo.
No está funcionando de forma aislada. El Laboratorio Nacional Livermore (LLNL) en California alberga dos de las 10 mejores supercomputadoras, y Vulcan es una de ellas. La máquina está bajo el control de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear (NNSA) del Departamento de Energía de Estados Unidos.
La verdadera historia aquí, sin embargo, es quién puede usarlo.
A mediados de 2013, LLNL hizo un movimiento estratégico. Abrieron el tiempo de Vulcan a las empresas estadounidenses. Esto no fue una batalla campal. Las empresas podían acceder al hardware para proyectos colaborativos, pero tenían que cubrir una parte de los costos operativos. El objetivo era claro: impulsar el avance científico y tecnológico, agudizar la competitividad de Estados Unidos y ampliar la fuerza laboral de informática de alto rendimiento (HPC).
También fueron invitadas a la mesa instituciones académicas y de investigación. La colaboración se centró en campos específicos de alto riesgo.
- Energía
- Seguridad
- Ciencia atmosférica
- Biociencia
“Vulcan está destinado a la colaboración con instituciones académicas y de investigación en áreas como energía, seguridad, ciencias atmosféricas y biociencias”.
Este acuerdo convirtió una instalación con muchos clasificados en un centro para asociaciones público-privadas. Permitió a entidades externas aprovechar recursos que de otro modo serían inaccesibles, siempre que tuvieran una razón convincente para hacerlo y los fondos para mantener las luces encendidas.
8: JuQUEEN (Alemania)
JuQUEEN no apareció de la nada. Está construido sobre la arquitectura BlueGene/Q de IBM, una plataforma diseñada para procesamiento paralelo masivo. El sistema alcanza un rendimiento máximo de 5 petaflops y cuenta con aproximadamente 459.000 núcleos. Se trata de una cantidad asombrosa de potencia informática, pero no es gratuita.
A diferencia de algunas entradas de esta lista que han estado funcionando durante algunos años, JuQUEEN tiene una historia específica. Fue construido en 2012 para reemplazar a JUGENE. El propio JUGENE había sido un peso pesado, clasificándose como el noveno sistema más rápido en el TOP500 de noviembre de 2010. Reemplazar una máquina de primer nivel no se trata solo de tener un logotipo más nuevo en el estante. Se trata de mantener el impulso científico.
El acceso no está abierto al público. Los investigadores afiliados a la Alianza de Investigación Jülich-Aquisgrán deben presentar sus proyectos. Deben justificar por qué necesitan estos núcleos específicos. Si se aprueba la propuesta, podrán ganar tiempo en una de las supercomputadoras más poderosas del planeta. Es un proceso competitivo. No estás simplemente alquilando un servidor. Usted está ganando el derecho a utilizar recursos que definen la vanguardia de la informática de alto rendimiento.
Este modelo de acceso se extiende más allá de JuQUEEN. Los científicos pueden pedir tiempo a otros dos gigantes alemanes: SuperMUC y HERMIT. HERMIT ocupa el puesto 39 en la lista TOP500. Todo ello se coordina a través del Centro Gauss de Supercomputación (GCS). También existe la Asociación para la Computación Avanzada en Europa (PRACE). Estas organizaciones gestionan la asignación de lo que es esencialmente infraestructura nacional y continental.
7: Estampida (Estados Unidos)
El ascenso y la arquitectura de Stampede
Stampede no permaneció en la cima por mucho tiempo. Se abrió camino hasta el puesto número 7 en noviembre de 2012. En junio de 2013, había subido al puesto número 6. Ahora, ha vuelto a su clasificación anterior en la lista más reciente. Pero el hardware no ha cambiado. El sistema funciona con procesadores Intel Xeon E5 de 8 núcleos a 2,7 GHz combinados con coprocesadores Intel Xeon Phi. Esa combinación le da aproximadamente 462.000 núcleos. ¿El resultado? Casi 5,2 petaflops de rendimiento bruto.
El dinero para esta bestia provino de una subvención de la Fundación Nacional de Ciencias (NSF). TACC, el Centro de Computación Avanzada de Texas de la Universidad de Texas en Austin, alberga el sistema Dell PowerEdge. Se queda ahí, tarareando, esperando trabajo.
¿Quién puede utilizar supercomputadoras financiadas por la NSF?
Desde enero de 2013, Stampede ha estado abierto a científicos e investigadores de todos los campos. Es parte del Entorno de descubrimiento de ingeniería y ciencia extrema (XSEDE) de la NSF. Piense en ello como una red virtual. Comparte abiertamente la potencia informática de 16 supercomputadoras y otros recursos. El noventa por ciento de la capacidad de Stampede se destina a XSEDE. El director de TACC controla el 10% restante.
Los investigadores calificados de cualquier institución estadounidense pueden presentar propuestas a través del sitio web de XSEDE. No entran simplemente y conectan una computadora portátil a un puerto. Tienen que aplicar. Tienen que demostrar que necesitan ese tipo de poder.
6: Piz Daint (Suiza)
La supercomputadora Cray conocida como Piz Daint ha estado funcionando desde abril de 2013. No permaneció en las sombras por mucho tiempo. Una mejora importante lo llevó directamente al puesto número 6 en el ranking mundial. Este movimiento destronó a JuQUEEN. De repente, Piz Daint se convirtió en el superordenador más potente de Europa.
El sistema se encuentra en el Centro Nacional Suizo de Supercomputación. Combina procesadores Intel Xeon E5 con unidades de procesamiento gráfico NVIDIA. Esta configuración híbrida no se trata sólo de velocidad. Se trata de hacer más con menos energía. La máquina cuenta con 116.000 núcleos de procesamiento. Ese hardware le permite alcanzar 6,3 petaflops de potencia informática. Los investigadores lo utilizan para modelar patrones meteorológicos y climáticos. También lo utilizan para cálculo científico en muchos otros campos.
La eficiencia importa aquí. Piz Daint se encuentra entre los superordenadores con mayor eficiencia energética. Obtiene una puntuación de 3.185,9 megaflops por vatio. Esta métrica proviene de la lista GREEN500.
Piz Daint es el único superordenador que figura entre los 10 primeros en las listas TOP500 y GREEN500.
La mayoría de los sistemas intercambian energía por consumo de energía. Éste no. El ranking GREEN500 toma todas las supercomputadoras de la lista TOP500 y las clasifica según su eficiencia energética. La arquitectura híbrida de Piz Daint mantiene bajo el consumo de energía. Las GPU son más eficientes energéticamente que las CPU tradicionales. Esa elección de diseño marca la diferencia.
5: Mira (Estados Unidos)
Por qué Mira de IBM dominó el panorama de la supercomputación en 2013
Mira no era una entrada más en la lista de los 500 mejores. Entró en pleno funcionamiento en 2013 e inmediatamente se estableció como una potencia, alcanzando un máximo de 8,6 petaflops. Para poner ese número en perspectiva, Mira superó al Piz Daint de Suiza por más de 2 petaflops y superó al sistema Stampede por casi 3,5 petaflops. La brecha no fue sutil. Fue una declaración.
En esencia, Mira es una bestia construida sobre la plataforma BlueGene/Q de IBM. Alberga 786.000 núcleos de procesador, una infraestructura masiva ubicada en el Laboratorio Nacional Argonne en Illinois. Este sitio sirve como centro de investigación para el Departamento de Energía de EE. UU. (DOE). Mira tampoco apareció de la nada. Reemplazó a Intrepid, un sistema IBM más antiguo que ocupaba el cuarto lugar en la misma lista en 2008. La actualización fue significativa y marcó un cambio claro en la capacidad computacional para la ciencia financiada por el DOE.
Cómo funciona el acceso a Mira para los investigadores
Obtener tiempo para Mira no es una simple cuestión de pagar una tarifa. Opera bajo un modelo de asignación estricto diseñado para ciencia de alto impacto. La puerta de entrada principal es el programa Impacto computacional innovador y novedoso en la teoría y el experimento (INCITE). Los investigadores deben enviar propuestas a través de la Oficina de Ciencias del DOE para obtener acceso.
La distribución de recursos es precisa:
– El 60% del aforo de Mira está dedicado a los ganadores de INCITE.
– El 30% apoya el Desafío de Computación de Liderazgo en Investigación en Computación Científica Avanzada.
– El 10% restante se mantiene en reserva para cálculos urgentes y urgentes que no pueden esperar al ciclo de revisión estándar.
Esta estructura garantiza que el sistema atienda tanto proyectos planificados a gran escala como necesidades críticas repentinas. Equilibra los objetivos científicos a largo plazo con las demandas operativas inmediatas.
El contendiente japonés: K Computer
Desde Estados Unidos hasta Japón, la computadora K representa un enfoque diferente a la computación de alto rendimiento. Ubicado en el Instituto de Ciencias Avanzadas RIKEN, este sistema fue diseñado por Fujitsu y utiliza procesadores SPARC64 VIIIfx. Al igual que Mira, entró en escena con intenciones serias, desafiando el orden establecido de dominio de la supercomputación. Su arquitectura se centró en la eficiencia y la densidad de potencia, con el objetivo de ofrecer un rendimiento masivo sin consumir una cantidad excesiva de energía.
El auge y el declive relativo de la computadora K
La computadora K de Fujitsu obtuvo la corona de la máquina más rápida del mundo en ambas clasificaciones de principios de 2011. Hoy ocupa el puesto número cuatro. Esa caída no significa que sea débil. Todavía aplasta al Mira de IBM con una velocidad bruta de 10,5 petaflops. Sigue siendo la única entrada japonesa entre los diez primeros mundiales.
La máquina se encuentra en el Instituto Avanzado de Ciencias Computacionales RIKEN en Japón. Su rutina diaria incluye la prevención de desastres globales, la meteorología y la investigación médica. Hace todo esto sin depender de la arquitectura de IBM. En cambio, se ejecuta en los procesadores de ocho núcleos SPARC64 VIIIfx de Fujitsu. Una enorme cantidad de 705.000 núcleos se encargan del trabajo pesado. Realizan cálculos a un ritmo que todavía parece increíble.
Pero seamos claros. Las tres mejores máquinas están en una liga diferente. Son pasos agigantados más potentes.
3: Secuoya (Estados Unidos)
Sequoia abandonó el puesto número uno en junio de 2012. En noviembre, ocupaba el segundo lugar. Ahora ocupa el puesto número tres. No se está quedando atrás. Simplemente está siendo superado. La máquina todavía inspira respeto con 1,6 millones de núcleos de procesamiento y la asombrosa cifra de 17,2 petaflops de potencia computacional bruta.
Piensa en lo que realmente significa ese número.
En 2008, el Roadrunner de IBM fue noticia. Fue la primera máquina en romper la barrera del petaflop. Eso son mil billones de operaciones por segundo. IBM afirmó que funcionaba como 100.000 portátiles de esa época. Sequoia no es sólo una mejora. Es 17 veces más rápido que el punto de referencia de 2008.
El hardware interno no es exactamente de vanguardia para los estándares de consumo actuales. Sequoia se basa en el diseño BlueGene/Q de IBM. Cada chip tiene 16 núcleos funcionando a 1,6 GHz. Esa velocidad del reloj parece lenta ahora. Pero la escala lo cambia todo. Con 96 bastidores de estos chips trabajando al unísono, la producción colectiva se vuelve terriblemente eficiente.
¿Quién necesita tanto poder?
Quizás se pregunte por qué alguien necesita 17,2 petaflops. La respuesta se esconde detrás de puertas cerradas en el Laboratorio Nacional Livermore.
Esto es parte de la Administración Nacional de Seguridad Nuclear dependiente del Departamento de Energía de EE. UU. Sequoia, junto con su hermano Vulcan, se encarga del trabajo clasificado. ¿La tarea más crítica? Simulando explosiones nucleares.
No necesitan detonaciones reales. Necesitan física. Física en tiempo real.
Sequoia es 63 por ciento más rápida que la computadora que ocupa el cuarto lugar en la lista de noviembre de 2013. Esa brecha no es sólo ego. Es una necesidad. Cuando se modela la implosión de una ojiva sin un solo disparo de prueba, los milisegundos importan. Los microsegundos cuentan. La diferencia entre una simulación exitosa y una fallida puede costar millones o vidas.
Esto nos lleva al próximo contendiente en la carrera por el dominio computacional puro.
2: Titán (Estados Unidos)
El poder híbrido de Titán en Oak Ridge
Se encuentra en una habitación del Laboratorio Nacional Oak Ridge en Tennessee, tarareando en voz baja mientras levanta objetos pesados. Titán no es sólo un nombre. Está a la altura. Esta máquina ocupa el puesto número dos en la lista Top500 y se mantiene estable desde junio de 2013. No parece gran cosa desde fuera. Solo gabinetes. Pero en el interior hay hardware serio.
Cray lo construyó. O mejor dicho, lo integraron. El núcleo está formado por procesadores AMD Opteron 6274. Estás viendo dieciséis núcleos por chip que funcionan a 2,2 GHz. Pero esas CPU son sólo el equipo de soporte. Las verdaderas estrellas son las GPU NVIDIA conectadas a cada nodo. Juntos, entregan 17,6 petaflops. Esa es una cifra enorme. El sistema utiliza aproximadamente 561.000 núcleos para llegar allí.
¿Por qué esto importa? Porque Titán es un híbrido. No se trata solo de CPU. No se trata solo de GPU. Son ambas cosas. Esta elección de diseño cambió todo para Oak Ridge Leadership Computing Facility (OLCF). No necesitaban nuevos edificios. No necesitaban nuevas redes eléctricas. Podrían colocar a Titán en el mismo espacio físico que anteriormente albergaba a Jaguar.
El jaguar era su vieja bestia. Titán es nueve veces más rápido. Sin embargo, el consumo de energía sólo aumentó alrededor del 60 por ciento. Eso es eficiencia. Obtienes nueve veces más trabajo por una fracción del aumento de potencia. Si hubieran construido un sistema totalmente CPU de ese tamaño, la factura de electricidad habría sido astronómica. Las GPU mantuvieron manejables el calor y el consumo de energía.
Programación para hardware acelerado
Hay una trampa. No se puede simplemente ejecutar código antiguo y esperar magia. Las GPU exigen un enfoque diferente. Tienes que escribir software que sepa cómo comunicarse con procesadores paralelos. No es plug-and-play.
Para resolver esto, la OLCF no lo hizo sola. Se asociaron con Cray y NVIDIA. El objetivo era claro: hacer que estas máquinas fueran utilizables para los científicos. El resultado fue el Centro para la preparación acelerada de aplicaciones (CAAR). Este grupo trabaja en mejores prácticas. Ellos escriben las guías. Crean los marcos para que los investigadores no tengan que descubrir todos los detalles de bajo nivel desde cero.
¿Cómo se utiliza realmente este poder? No sólo se gana tiempo con ello. Es un recurso para el bien público. Los investigadores presentan propuestas a través del programa INCITE del Departamento de Energía de EE. UU. Si tu proyecto pasa la prueba, tendrás acceso. Es competitivo. Es riguroso. Pero para quienes ganen, se trata de la mejor potencia informática del planeta.
Titan demostró que la arquitectura híbrida no era un experimento de nicho. Era el futuro. Demostró que se podía escalar sin gastar mucho dinero en electricidad.
1: Tianhe-2 (China)
Tianhe-2 llegó en 2012, superando en dos años su calendario previsto. No entró simplemente en el ranking. Saltó directamente al número uno.
La máquina procesa a 33,9 petaflops. Eso es casi el doble del rendimiento de Titan o Sequoia. También es más de diez veces más rápido que Tianhe-1A, que ocupaba el puesto número diez en junio de 2013.
Esto no es sólo un ajuste de software. El hardware es enorme.
Se ejecuta en una combinación de procesadores Intel Xeon E5. Procesadores personalizados. Y coprocesadores Intel Xeon Phi. En total, hay alrededor de 3,12 millones de núcleos.
¿Quién construye la supercomputadora más importante de China?
La Universidad Nacional de Tecnología de Defensa (NUDT) desarrolló el sistema. Se encuentra en el Centro Nacional de Súper Computación en Guangzhou. El objetivo es la educación y la investigación.
En este momento, es la única entrada de China entre los diez primeros. Pero en cuanto a la potencia de procesamiento pura en una sola máquina, los derechos de fanfarronear son sólidos.
“Tianhe-2 les da derecho a presumir de su enorme potencia de procesamiento en una sola máquina”.
Por qué Ubuntu Kylin es importante para la tecnología china
Tianhe-2 se ejecuta en una versión personalizada de Ubuntu Linux llamada Kylin. Esto no se construyó en el vacío.
Surgió de una asociación entre NUDT, el Centro de Promoción de Circuitos Integrados y Software de China (CSIP) y Canonical, los creadores de Ubuntu.
Esto pone de relieve una tendencia más amplia. Todas las diez supercomputadoras principales, y la mayoría de las 500 principales, ejecutan alguna versión de Linux. Windows no se compara con esto. Aún no.
Sin embargo, Kylin no está atrapado en la sala de servidores. Es un sistema operativo de código abierto y disponible gratuitamente diseñado específicamente para usuarios chinos. Puedes descargarlo desde el sitio de Ubuntu. También funciona en computadoras personales.
Eso significa que el mismo sistema operativo que impulsa una de las máquinas más rápidas del mundo también está en su escritorio. Si vive en China o simplemente desea utilizar Linux optimizado para entrada china, es una opción.
¿Cómo se compara con otras supercomputadoras?
Las especificaciones de Tianhe-2 son específicas. 33,9 petaflops. 3,12 millones de núcleos. Intel Xeon E5 y Phi.
Compare eso con Titán. O secoya. La brecha es amplia. Casi el doble.
También vale la pena señalar por qué Linux domina aquí. Código abierto. Flexibilidad. Control. Puedes modificar el kernel. Puede administrar el hardware directamente. Es por eso que todas las entradas principales lo ejecutan.
¿Dónde puedes conseguir a Kylin?
No necesitas una subvención de supercomputación. Vaya al sitio de Ubuntu. Descargar Kylin. Instálalo. Es gratis.
Ya no es sólo para China. Aunque está diseñado para ese mercado.
El hardware es potente. El software está abierto. Los resultados son innegables.
Y las clasificaciones cambian. El año que viene, alguien más podría ser el número uno. Pero por ahora, Tianhe-2 mantiene la línea.
