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El t¨¦rmino ¡°superordenador" se refiere a un ordenador que funciona con un nivel de rendimiento superior al de un ordenador est¨¢ndar. A menudo, eso significa que la arquitectura, los recursos y los componentes de los superordenadores hacen que estos sean extremadamente potentes, lo que les permite tener un rendimiento que llega o se aproxima a la velocidad funcional m¨¢xima que pueden alcanzar los ordenadores.?

Los superordenadores contienen la mayor¨ªa de los componentes clave de un ordenador est¨¢ndar, lo que incluye al menos un procesador, dispositivos perif¨¦ricos, conectores, un sistema operativo y varias aplicaciones. La principal diferencia entre un superordenador y un ordenador est¨¢ndar es su potencia de procesamiento.

Tradicionalmente, los superordenadores eran equipos individuales y superr¨¢pidos, usados sobre todo por las empresas mercantiles y las organizaciones cient¨ªficas que necesitaban una potencia de computaci¨®n muy grande para realizar c¨¢lculos a una velocidad alt¨ªsima. Sin embargo, los superordenadores actuales pueden estar formados por decenas de miles de procesadores que pueden efectuar miles de millones ¡ªincluso billones¡ª de c¨¢lculos por segundo.

Actualmente, entre las aplicaciones habituales de los superordenadores se incluyen las previsiones meteorol¨®gicas, el control de las operaciones de los reactores nucleares y la criptolog¨ªa. Como el coste de la supercomputaci¨®n ha disminuido, los superordenadores modernos tambi¨¦n se usan para los estudios de mercado, los juegos online y las aplicaciones de realidad virtual y aumentada.

Una breve historia de los superordenadores

En 1964, Seymour Cray y su equipo de ingenieros de la Control Data Corporation (CDC) crearon el CDC 6600, el primer superordenador. En ese momento, el CDC 6600 era 10 veces m¨¢s r¨¢pido que los ordenadores normales y tres veces m¨¢s r¨¢pido que el siguiente ordenador m¨¢s veloz ¡ªel IBM 7030 Stretch¡ª y efectuaba c¨¢lculos a velocidades de hasta 3 mega-operaciones de coma flotante por segundo (FLOPS). Aunque es una velocidad lenta para los est¨¢ndares actuales, en aquella ¨¦poca era lo bastante r¨¢pida para considerarlo un superordenador.?

Conocido como el ¡°padre de la supercomputaci¨®n¡±, Seymour Cray y su equipo lideraron el sector de la supercomputaci¨®n y lanzaron el CDC 7600 en 1969 (160 mega-FLOPS), el Cray X-MP en 1982 (800 mega-FLOPS) y el Cray 2 en 1985 (1,9 giga-FLOPS).

Posteriormente, otras empresas trataron de lograr que los superordenadores fueran m¨¢s asequibles y desarrollaron el procesamiento paralelo masivo (MPP). En 1992, Don Becker y Thomas Sterling, contratistas de la NASA, crearon el Beowulf, un superordenador compuesto por un cl¨²ster de ordenadores individuales que trabajaban conjuntamente. Fue el primer superordenador que utiliz¨® el modelo de cl¨²ster.

Los superordenadores actuales utilizan unidades centrales de procesamiento (CPU) y unidades de procesamiento gr¨¢fico (GPU), que trabajan conjuntamente para efectuar los c¨¢lculos. Seg¨²n el , el superordenador Fugaku, que se encuentra en Kobe, Jap¨®n, en el Centro de Ciencia Computacional RIKEN, es el superordenador m¨¢s r¨¢pido del mundo, con una velocidad de procesamiento de 442 peta-FLOPS.

Los superordenadores y los PC normales

Los superordenadores actuales agregan potencia de computaci¨®n para proporcionar un rendimiento mucho mayor que el de un ordenador personal o un servidor, para resolver problemas complejos del ¨¢mbito de la ingenier¨ªa, la ciencia y la empresa.

A diferencia de los ordenadores personales normales, los superordenadores modernos est¨¢n formados por cl¨²steres enormes de servidores, con una o m¨¢s CPU agrupadas en nodos de c¨¢lculo. Los nodos de c¨¢lculo comprenden un procesador (o un grupo de procesadores) y un bloque de memoria y pueden contener decenas de miles de nodos. Estos nodos est¨¢n interconectados para comunicarse y trabajar conjuntamente para completar tareas espec¨ªficas, mientras que los procesos est¨¢n distribuidos o se ejecutan simult¨¢neamente en miles de procesadores.?

C¨®mo se mide el rendimiento de los superordenadores

Los FLOPS se usan para medir el rendimiento de un superordenador y para los c¨®mputos cient¨ªficos que utilizan los c¨¢lculos de coma flotante, es decir, unos n¨²meros tan grandes que tienen que expresarse como exponentes.

Los FLOPS son una medida m¨¢s exacta que el mill¨®n de instrucciones por segundo (MIPS). Tal como se ha mencionado m¨¢s arriba, algunos de los superordenadores m¨¢s r¨¢pidos de la actualidad pueden funcionar a una velocidad de m¨¢s de cien mil billones de FLOPS (peta-FLOPS).

?C¨®mo funciona un superordenador?

Un superordenador puede contener miles de nodos que usan el procesamiento paralelo para comunicarse entre s¨ª y resolver problemas. Pero en realidad hay dos enfoques del procesamiento paralelo: el multiprocesamiento sim¨¦trico (SMP) y el procesamiento paralelo masivo (MPP).?

En el SMP, los procesadores comparten memoria y el bus de /S o ruta de datos. El SMP tambi¨¦n se conoce como multiprocesamiento fuertemente acoplado o ¡°sistema con todo compartido¡± (shared everything).

El MPP coordina el procesamiento de un programa entre m¨²ltiples procesadores que trabajan simult¨¢neamente en diferentes partes del programa. Cada procesador utiliza su propio sistema operativo y su propia memoria. Los procesadores MPP se comunican usando una interfaz de mensajer¨ªa que permite que se env¨ªen mensajes entre los procesadores. El MPP puede ser complejo y hay que saber c¨®mo realizar una partici¨®n de una base de datos com¨²n y c¨®mo asignar los trabajos a los distintos procesadores. Los sistemas MPP se conocen como sistemas ¡°ligeramente acoplados¡± o sistemas ¡°sin compartici¨®n¡± (shared nothing).

Una de las ventajas del SMP es que permite que las organizaciones den servicio a m¨¢s usuarios m¨¢s r¨¢pidamente, al equilibrar de manera din¨¢mica la carga de trabajo entre los ordenadores. Se considera que los sistemas SMP son m¨¢s adecuados que los sistemas MPP para el procesamiento de transacciones online (OTP), en el que varios usuarios acceden a la misma base de datos (por ejemplo, el procesamiento de transacciones simples). El MPP est¨¢ m¨¢s indicado que el SMP para las aplicaciones que necesitan buscar en paralelo en varias bases de datos (por ejemplo, los sistemas de apoyo para la toma de decisiones y las aplicaciones de almacenamiento de datos).

Tipos de superordenadores

Los superordenadores se dividen en dos categor¨ªas: de uso general y de uso especial. A su vez, los superordenadores de uso general pueden dividirse en tres subcategor¨ªas:

Superordenadores de uso general

• Ordenadores de procesamiento vectorial: habituales para la computaci¨®n cient¨ªfica, la mayor¨ªa de los superordenadores de los a?os 80 y 90 eran ordenadores vectoriales. Actualmente no son tan populares, pero los superordenadores de hoy en d¨ªa siguen teniendo algunas CPU que utilizan el procesamiento vectorial.
• Ordenadores de cl¨²ster estrechamente conectado: son grupos de ordenadores conectados que trabajan conjuntamente como una unidad y que incluyen cl¨²steres masivamente paralelos, cl¨²steres basados en director, cl¨²steres de dos nodos y cl¨²steres de m¨²ltiples nodos. Los cl¨²steres paralelos y basados en director se usan habitualmente para el procesamiento de alto rendimiento, mientras que los cl¨²steres de dos nodos y de m¨²ltiples nodos se utilizan para la tolerancia a errores.
• Ordenadores de componentes b¨¢sicos: se trata de agrupaciones de numerosos ordenadores personales (PC) est¨¢ndar, conectados por redes de ¨¢rea local (LAN) de baja latencia y ancho de banda alto.

Superordenadores de uso especial?

Los superordenadores de uso especial son superordenadores que se han desarrollado para realizar una tarea o lograr un objetivo espec¨ªficos. Normalmente utilizan circuitos integrados espec¨ªficos de aplicaci¨®n (ASIC) para lograr un mejor rendimiento (por ejemplo, tanto el Deep Blue como el Hydra se desarrollaron para jugar a juegos como el ajedrez).?

Casos de uso de los superordenadores

Teniendo en cuenta sus ventajas evidentes, los superordenadores se utilizan ampliamente en ¨¢mbitos como la ingenier¨ªa y la investigaci¨®n cient¨ªfica. Estos son algunos de sus casos de uso:

• La investigaci¨®n clim¨¢tica y meteorol¨®gica: para prever el impacto de los fen¨®menos meteorol¨®gicos extremos y entender los patrones del clima, como en el sistema de la NOAA (Administraci¨®n Nacional Oce¨¢nica y Atmosf¨¦rica de los EE.UU.).
• La exploraci¨®n de gas natural y petr¨®leo: para recoger grandes cantidades de datos s¨ªsmicos geof¨ªsicos que ayuden a encontrar y explotar las reservas de petr¨®leo.
• El sector aeron¨¢utico y automovil¨ªstico: para dise?ar simuladores de vuelo y entornos simulados de autom¨®viles, as¨ª como para aplicar la aerodin¨¢mica y lograr el menor coeficiente de resistencia al aire.
• La investigaci¨®n de la fusi¨®n nuclear: para crear reactores de fusi¨®n nuclear y entornos virtuales con los que hacer ensayos de las explosiones nucleares y bal¨ªsticos.
• La investigaci¨®n m¨¦dica: para desarrollar nuevos f¨¢rmacos, terapias para el c¨¢ncer y las enfermedades gen¨¦ticas raras y tratamientos para la COVID-19, as¨ª como para estudiar la aparici¨®n y la evoluci¨®n de las enfermedades y las epidemias.
• Las aplicaciones en tiempo real: para mantener el rendimiento de los juegos en l¨ªnea durante los torneos y los nuevos lanzamientos de juegos cuando hay muchos usuarios.

La supercomputaci¨®n y la computaci¨®n de alto rendimiento (HPC)

La supercomputaci¨®n a veces se usa como un sin¨®nimo de la computaci¨®n de alto rendimiento (o HPC por sus siglas en ingl¨¦s). Sin embargo, es m¨¢s exacto decir que la supercomputaci¨®n es una soluci¨®n de HPC, que se refiere al procesamiento de c¨¢lculos grandes y complejos utilizado por los superordenadores.

La HPC le permite sincronizar c¨¢lculos que usan muchos datos entre m¨²ltiples superordenadores conectados en red. Gracias a ello, los c¨¢lculos complejos que usan grandes conjuntos de datos pueden procesarse en mucho menos tiempo del que necesitar¨ªan los ordenadores normales.?

El almacenamiento escalable para la supercomputaci¨®n

Los superordenadores actuales se utilizan en una gran variedad de campos para m¨²ltiples fines. Algunas de las principales empresas tecnol¨®gicas mundiales est¨¢n desarrollando superordenadores de IA para anticiparse al papel que desempe?ar¨¢n en un metaverso en plena expansi¨®n.

Debido a ello, las soluciones de almacenamiento no solo tienen que admitir la r¨¢pida recuperaci¨®n de los datos para permitir unas velocidades de computaci¨®n extremadamente altas, sino que tambi¨¦n deben ser lo suficientemente escalables para hacer frente a las demandas de las cargas de trabajo de la IA a gran escala con un alto rendimiento.

Las tecnolog¨ªas de realidad virtual y aumentada necesitan muchos datos. Algo que tambi¨¦n es aplicable a otras tecnolog¨ªas, como el 5G, el aprendizaje autom¨¢tico (AA), el Internet de las cosas (IdC) y las redes neuronales.

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