1. SUPERCOMPUTADORASY NANOTECNOLOGÍA
- ¿Qué son lassupercomputadoras
Las computadorassonmáquinasde altorendimientomuypoderosasque se usansobre todo
para cálculoscientíficos.Paraacelerarlaoperación,loscomponentesse juntanparaminimizar
la distanciaque tienenque recorrerlasseñaleselectrónicas.Lassupercomputadorastambién
utilizantécnicasespecialesparaevitarel calorenloscircuitosy prevenirque se quemen
debidoasu proximidad.
El conjuntode instruccionesde lassupercomputadorascontienelasinstruccionesde
transferenciasde datos,manipulaciónde datosytransferenciade control del programade las
computadorasconvencionales.Estose aumentamediante instruccionesque procesanvalores
y combinacionesde escalaresyvectores.
Una supercomputadoraesunsistemacomputacional que se reconoce porsualtavelocidadde
cálculo,sussistemasde memoriagrandesyrápidosyun usoampliode procesamiento
paralelo.Estáequipadaconunidadesfuncionalesmúltiplesycada unidadtiene supropia
configuraciónde arquitecturaparalela.Aunquelasupercomputadoramanejaaplicacionesde
propósitogeneral que se encuentranentodaslasotras computadoras,estáoptimizada
específicamente parael tipode cálculosnuméricosque involucranvectoresy
matricesde númerosde puntoflotante.
Las supercomputadorasnosonconvenientesparaprocesamientocotidianonormal de una
instalaciónde
computadoratípica.
- ¿Cómose mide su vertiginosavelocidad?
La velocidadde unsupercomputadorse mide enbase ala cantidadde operaciones
matemáticasque hace por segundo.El términotécnicoparaestavelocidadesFLOPS.Si tu
hacesuna operaciónenlacalculadora,tu velocidadseríade 1 FLOPS.El términomegaflopsse
utilizapararepresentarmillonesde flops. Loque hace que unsuperordenadorsea"SUPER"es
su capacidadpara ejecutaral menosmil millonesde operacionesde comaflotante por
segundo.Esuna medidade velocidadsorprendenteconocidacomo"gigaflop".
¿Para qué se necesitan?
Una de lasprimeras tareasasignadasal "superordenador"de losañoscuarenta,el ENIAC,no
fue para un usomuy "pacífico",yaque se utilizóenloscálculosde diseñode laprimera
bomba.atómica(ProyectoManhattan),enconcretopara calcularlas ondasde choque de las
explosionesde pruebade lasbombas
atómicas.
2. Sinla rapidezyla capacidadde cálculode losordenadores,algunasdisciplinasse habrían
"ahogado"ensus planteamientosteóricos.Tal esel casode la física de alta energía.Hay
experimentosenel CERN que hacencolisionarelectronesypositronesyque producental
cantidadde informaciónque,sinlaayudade un superordenadorque sepadiscriminarentre
todoslossucesos,nose habría podidocomprobar
experimentalmentelasideasteóricas.
En la investigación espacial,lautilizaciónde ordenadoresse convirtióenesencial.Lanave
Voyager2, que fue lanzadael 20 de agosto de 1977 con la misiónde explorarlosplanetas
exterioresal sistemasolar,ibaequipadaconseisordenadoresdiferentes,concapacidadde
540 Megas,algoportentosopara laépoca.
Hoy endía, la existenciade superordenadoresque,naturalmente,trabajenentiemporeal,se
ha convertidoen
una necesidad.Porejemplo,sonimprescindiblesenlasindustriasdel automóvilyla
aeronáutica.Eneste caso losestudiosde aerodinámicasonunapiezafundamentalpara
optimizarlaformadel fuselaje ode lasalas.Tambiénse emplea
ensimulaciónde vuelosparael entrenamientode lospilotos,etc.El análisisde laestructura
del aviónBoeing777 se realizócompletamente porunsupercomputadorytambiénel diseño
del avióninvisibleF−117.
Otras aplicacionessonel diseñode nuevosproductosfarmacéuticos,componentes
electrónicos,simulaciónde terremotos,estudiode laevoluciónde lacontaminaciónen áreas
extensas,predicciónmeteorológicayestudiosdel cambioclimáticoosimulaciónde órganos
corporalesconel objetivode reproducirsufuncionamientoconrepresentacionesen3Dde
alta precisiónapartirde métodosde resonanciamagnética.
En definitiva,el mercadopide ordenadoresmáspotentesymás"SUPER". Los sistemasactuales
permiten,comoenel casodel Pentiumde INTELpodertener5,5 millonesde transistoresen
una placade silicioinferiora100 milímetroscuadrados.Perose necesitamás.
- ¿ComoSon ?
Tiposde procesadores:losprocesadoresvectorialesoperanensubconjuntode elementosde
un vectorcon una únicainstrucción,mientrasque losprocesadoresescalareshande
manipularloselementoaelementoy,porlotanto,tiene que ejecutarunamismainstrucción
de manera iterativaparaconseguirel mismoresultadoque unaúnicainstrucciónvectorial.Los
procesadoressuperescalarespuedeniniciarlaejecuciónsimultáneade variasinstrucciones
escalaresenparalelode formaque puedenoperarvarioselementosde unvectordentrode
una mismaiteración.Losprocesadoresenarrayejecutanlamismainstrucciónentodoslos
3. procesadoressobre diferentesdatos.Organizaciónde lamemoria:Si lamemoriaestá
compartidaentre todoslosprocesadores,laprogramaciónesmuchomássencilla,yaque los
datosse puedencolocarencualquiermódulode lamemoriaysuaccesoes uniforme para
todoslosprocesadores.Si cadaprocesadortiene accesoa su propiamemoria,entoncesla
programaciónesmás compleja,perotiene laventajade suescalabilidad,conloque el sistema
puede crecerhastaun mayor númerode procesadores.Esel sistemaidóneoparamáquinas
paralelas.Lamemoriadistribuidacompartidacombinalasventajasde ambasorganizaciones:
la memoriaestáfísicamente distribuiday.porlo tanto,el sistemaesescalable,perose accede
con un espacioúnicode direccionesyesfácilmente programable.
Tiposde Supercomputadoras:
Existendostiposprincipalesde supercomputadores:máquinasde vectoresymáquinas
paralelas.Lasdostrabajan RAPIDO,peroenformadiferente.
Digamosque tú tienes100 problemasde matemáticas.Si tufuerasuncomputadorde
vectores,te sentaríasy harías todoslosproblemastúmismotan rápidocomopudieras.
Para trabajar como uncomputadorparalelo,tutendríasque conseguirycompartirel trabajo
con susamigos.Con 10 amigos,tuharías solo10 problemas.Si fueran20amigos,cada uno
solotendríaque hacer 5 problemas.A pesarde que tu fuerasmuybuenoenmatemáticas,te
tomaría más tiempoenhacertodoslos100 problemasque las20 personastrabajandojuntas.
- Conclusión
En resumen,lassupercomputadorassonherramientasde tecnologíaavanzadautilizadaspor
compañías especializadascomolasbolsasmercantiles,empresasespecializadasenfármacos,
tambiénse utilizanparainvestigarfactoresrelacionadosconel cambioclimático,etc.A pesar
de lo que podemoscreerlassupercomputadorasestánconstantementeinvolucradasen
nuestravidadiaria,debidoaque lasencontramosen donde menosnosesperamos.Seymour
Cray esconocidocomo el padre de las computadoras,enel grande campode la
supercomputación.Debidoasugran ingenio,demostradoal crearla primer
supercomputadoraCray−1en 1976 con uncosto aproximadode $8.8 millonesde dólares.
Marcando así el comienzode unanuevaera.Es muy amplioel temade lassupercomputadoras
aunque unpoco complejo.Existendiferentestiposde supercomputadoras,las
supercomputadorasde vectoresylassupercomputadorasenparalelo.
4. - Top 5 superordenadoresmáspotentesdel mundo
5IBM Mira
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- Desarrollado por IBM, el superordenador Mira alcanza los 8.6 petaflops y
actualmente se encuentra en el Departamento de Energía del Laboratorio de
Argonne (Illinois).
- Capaz de ejecutar hasta diez mil billones de cálculos por segundo, esta
supercomputadora fue un encargo del Departamento de Energía de los Estados
Unidos.
- Y aunque no se conoce cuánto costó desarrollar este superordenador, sí que ha
trascendido que su funcionamiento lleva un gasto acompañado de
aproximadamente 5 millones de dólares al año por la electricidad que consume.
- Para hacerse una idea de su rendimiento, basta con imaginar con que cada
estadounidense realizara un cálculo por segundo. Tendrían que hacerlo sin parar
durante casi un año para igualar lo que el superordenador IBM Mira es capaz de
realizar en solo un segundo
5. 4Fujitsu K Computer
Fujitsu es el responsable de este espectacular superordenador, K Computer, que se
encuentra en ubicada en el RIKEN Advanced Institute for Computational Science en la
ciudad de Kobe, Japón.
Desarrollado en 2011, el K Computer fue el primer superordenador que superó la barrera
de los 10 petaflops gracias a sus 548.352 núcleos, con 68.544 procesadores SPARC64
VIIIfx a 2.0GHz.
K Computer funciona bajo Linux, como la mayoría de las supercomputadoras que
aparecen en la lista de Supercomputer Sites, y consume la misma electricidad que
aproximadamente 10.000 hogares, lo que supone un gasto anual que ronda los 10
millones de dólares.
6. 3IBM Sequoia
El superordenador IBM Sequoia, construido por un encargo de la Agencia Nacional de
Seguridad Nuclear de EE.UU. (NNSA por sus siglas en inglés), alcanza los 16'32
petaflops.
Ubicado en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de California, esta
supercomputadora ocupa nada menos que 280 metros cuadrados y funciona con 705.024
núcleos.
Su desarrollo costó aproximadamente 655 millones de dólares, y se ha utilizado a lo largo
de estos años principalmente para juegos de guerra, es decir, la simulación de armas
nucleares.
El IBM Sequoia está equipado con 1,6 petabytes de memoria RAM y, a pesar de su
potencia, es uno de los más eficientes al consumir "solo" 7,9 MW.
7. 2Cray Titan
Cray Titan es uno de los mayores exponentes de la tecnología estadounidense. Este
superordenador alcanza actualmente los 17,59 petaflops, aunque se espera que durante
los próximos años sea capaz de superar los 20 petaflops.
Esta supercomputadora es la actualización del superordenador Jaguar, que ocupaba el
sexto puesto de la lista en junio de 2012.
En total, el Cray Titan cuenta con 299.008 núcleos, 710 Tebibytes de memoria RAM y 10
petabytes de almacenamiento, es decir, 10.000 TB.
Actualmente se encuentra en el Laboratorio Nacional Oak Ridge de Tennessee y se utiliza
para realizar cálculos extremadamente complejos que, por ejemplo, ayudan a modelar el
comportamiento de neutrones en reactores nucleares.
8. 1Tianhe-2
El Tianhe-2 chino es el ordenador más potente de todo el mundo, con un rendimiento de
33,86 petaflops y un pico teórico de 54,9 petafops.
Desarrollado por la Universidad Nacional de Tecnología de Defensa de China (NUDT) y la
empresa Inspur, el nombre de este superordenador se traduce al español como "Vía
Láctea".
El Tianhe-2 tiene 3.120.000 núcleos, capacidad para almacenar 12,4 PB, funciona bajo el
sistema operativo Kylin Linux y se utiliza para ejercicios de simulación y análisis
relacionados con la seguridad nacional.
Aunque su precio no se conoce públicamente, varias informaciones apuntan a que podría
haber costado entre 200 y 300 millones de dólares, a lo que hay que sumar el consumo
energético anual que equivale al de unas 27.000 familias.
9. - ¿Hay alguno en España?
En el BSC-CNSya estánpreparandounanuevaactualizaciónde este superordenadorque dará
lugaral MareNostrum4 (PDF).Esta iteracióntendráRpeak(potenciamáxima) de 11,14
Petaflop/s,loque suponeser 12,4 veces más rápido que el actual MareNostrum 3.
No soloeso:graciasal usode procesadoresIntel Xeonde nuevageneraciónyconuna mayor
eficiencia,ese aumentode rendimientotendráun impacto comedido en el consumo
energético,que soloaumentaráun30%. Estas prestacionespermitiránque Marenostrum4
se sitúe enel Top 20 a nivel mundial yenel Top3 a nivel europeoenel segmentode la
supercomputación.
En el nuevosuperordenadornosoloencontraremostecnologíasde supercomputación
"convencionales",sinotambiénunapartadodedicadoa tres tecnologías emergentes de
supercomputación que estáncobrandoprotagonismoenEstadosUnidosyJapón"para
acelerar la llegada de la nueva generación de supercomputadores pre-exascala".
Así escomo encontraremosun clúster con procesadores IBM POWER9 y GPUs de
NVIDIA (conuna potenciatotal de 1,5 Petaflop/s),otroconprocesadoresIntel Knights
Landinge Intel KnightsHill (0,5Petaflop/s),yuntercerclústercon procesadoresARMv8de 64
bits(0,5 Petaflop/s).
10. - La nanotecnología
La nanotecnología es la manipulación de la materia a escala nanométrica. La más
temprana y difundida descripción de la nanotecnología12 se refiere a la meta tecnológica
particular de manipular en forma precisa los átomos y moléculas para la fabricación de
productos a microescala, ahora también referida como nanotecnología molecular.
Subsecuentemente una descripción más generalizada de la nanotecnología fue
establecida por la Iniciativa Nanotecnológica Nacional, la que define la nanotecnología
como la manipulación de la materia con al menos una dimensión del tamaño de entre 1 a
100 nanómetros. Esta definición refleja el hecho de que los efectos de la mecánica
cuántica son importantes a esta escala del dominio cuántico y, así, la definición cambió
desde una meta tecnológica particular a una categoría de investigación incluyendo todos
los tipos de investigación y tecnologías que tienen que ver con las propiedades especiales
de la materia que ocurren bajo cierto umbral de tamaño. Es común el uso de la forma
plural de "nanotecnologías" así como "tecnologías de nanoescala" para referirse al amplio
rango de investigaciones y aplicaciones cuyo tema en común es su tamaño. Debido a la
variedad de potenciales aplicaciones (incluyendo aplicaciones industriales y militares), los
gobiernos han invertido miles de millones de dólares en investigación de la
nanotecnología. A través de su Iniciativa Nanotecnológica Nacional, Estados Unidos ha
invertido 3,7 mil millones de dólares. La Unión Europea ha invertido[cita requerida] 1,2 mil
millones y Japón 750 millones de dólares.3
Nano es un prefijo griego que indica una medida (10-9 = 0,000 000 001), no un objeto; de
manera que la nanotecnología se caracteriza por ser un campo esencialmente
multidisciplinar, y cohesionado exclusivamente por la escala de la materia con la que
trabaja.
11. La nanotecnología definida por el tamaño es naturalmente un campo muy amplio, que
incluye diferentes disciplinas de la ciencia tan diversas como la ciencia de superficies,
química orgánica, biología molecular, física de los semiconductores, microfabricación,
etc.4 Las investigaciones y aplicaciones asociadas son igualmente diversas, yendo desde
extensiones de la física de los dispositivos a nuevas aproximaciones completamente
nuevas basadas en el autoensamblaje molecular, desde el desarrollo de nuevos materiales
con dimensiones en la nanoescalas al control directo de la materia a escala atómica.
