SLas subcomputadoras son los gigantes del mundo informático. Si bien una computadora portátil normal puede permitirle navegar por la web, tipo ensayos o juegos de juego, una supercomputadora está diseñada para resolver problemas tan grandes, complejos y con el cálculo que tomarían los años de máquinas ordinarias para terminar. El pronóstico del tiempo, la simulación de reacciones nucleares y el modelado del universo temprano dependen de ellas.
¿Cómo funciona una supercomputadora?
En el corazón de una supercomputadora está la idea de que, en lugar de hacer que un procesador funcione extremadamente rápido, a menudo es mejor usar miles o incluso millones de procesadores que trabajan al mismo tiempo. Esto se llama computación paralela.
Cada procesador, o núcleo, aborda una pequeña parte del problema. Cuando sus soluciones se combinan, se suman a una respuesta completa más rápidamente de lo que un procesador podría administrar por sí solo.
Las supercomputadoras modernas no son máquinas solteras en el sentido cotidiano, sino una gran colección de componentes organizados en capas:
(i) Los procesadores son trabajadores de una supercomputadora. Una unidad de procesamiento central (CPU) es buena para manejar tareas generales, mientras que una unidad de procesamiento de gráficos (GPU), originalmente diseñada para videojuegos, es muy bueno para manejar operaciones matemáticas repetitivas, que son comunes en simulaciones científicas. Muchas supercomputadoras usan ambas.
(ii) Un nodo es un grupo de procesadores agrupados con la memoria, un paquete que se asemeja a una pequeña computadora. Una supercomputadora puede contener miles de tales nodos.
(iii) Los nodos están conectados entre sí en una red de alta velocidad en la que los datos se transmiten mucho más rápido que a través de las conexiones de Internet en el hogar.
(iv) Cada nodo tiene su propia memoria para acceso rápido a los datos. Para mayores cantidades de información, las supercomputadoras utilizan sistemas de almacenamiento que pueden contener petabytes (millones de gigabytes) y sistemas de archivos especializados para garantizar que miles de nodos puedan leer y escribir información desde/en la memoria sin caos.
(v) Toda esta actividad produce un calor enorme. Las supercomputadoras a menudo requieren enfriamiento a medida, incluidas tuberías de agua y unidades de refrigeración; Algunas unidades incluso están inmersas dentro de líquidos especiales. Sin enfriar, estas máquinas se destruirían rápidamente.
(vi) Finalmente, ejecutar una supercomputadora puede requerir tanta electricidad como un pueblo pequeño. Por lo tanto, se requiere una distribución y utilización de energía eficientes.
¿Qué software usan las supercomputadoras?
El software de una supercomputadora controla cómo funcionan sus procesadores juntos. El sistema operativo debe programar tareas en miles de procesadores, administrar la memoria y manejar la comunicación. Por lo tanto, los ingenieros han desarrollado lenguajes de programación paralelos como MPI (interfaz de aprobación de mensajes) o OpenMP que pueden decirle a cada procesador qué hacer y cuándo intercambiar información.
El equilibrio de carga es otro tema clave. Debido a la necesidad de velocidad, así como el inmenso consumo de energía de una supercomputadora, es ineficiente que algunos procesadores terminen su trabajo temprano e inactivo, mientras que otros luchan con tareas más pesadas. Por lo tanto, el software también debe incluir algoritmos que distribuyan tareas de manera que minimicen tales desechos.
El rendimiento de la supercomputadora generalmente se mide en flops, o operaciones de punto flotante por segundo. Una computadora portátil podría realizar miles de millones de fracasos. Las principales supercomputadoras de hoy funcionan en la gama de exafultos, realizando quintillones (1018) de operaciones cada segundo. En otras palabras, una sola máquina exaflop puede realizar más cálculos en un segundo de lo que cada humano en la tierra podría realizar en una calculadora en toda su vida.
¿Cómo es una supercomputadora?
Interactuar con una supercomputadora es muy diferente de usar una computadora personal. Debido a que estas máquinas están diseñadas para grandes equipos de investigadores, generalmente están alojados en instalaciones especiales y se acceden de forma remota.
Por ejemplo, un científico puede iniciar sesión desde su computadora portátil o estación de trabajo utilizando una conexión de red segura, a menudo a través de una ventana terminal en lugar de una interfaz gráfica. Una vez conectado, el usuario no “operará” directamente la máquina con clics del mouse. En cambio, preparan scripts de trabajo, que son archivos de texto que describen qué programa ejecutar, cuánta potencia informática necesitará y cuánto tiempo debe ejecutarse.
Estos trabajos se envían a un programador, que es un programa de computadora que administra la cola de tareas de muchos usuarios y los asigna a nodos disponibles en una supercomputadora.
El cálculo real puede llevar minutos o incluso días dependiendo del tamaño del problema. Cuando termina un trabajo, la salida, ya sea números, imágenes, datos de simulación o algo más, se almacena en el sistema de archivos del supercomputador. El usuario puede descargar estos datos a su propia computadora para su análisis y visualización.
De esta manera, la supercomputadora es menos como una computadora portátil gigante y más como un telescopio o un acelerador de partículas.
¿India tiene supercomputadoras?
El esfuerzo de supercomputación de la India comenzó a fines de la década de 1980 cuando los países occidentales se negaron a exportar máquinas de alta gama. Esto estimuló el Centro para el Desarrollo de Computación Avanzada (C-DAC), fundado en 1988, para desarrollar sistemas indígenas. La serie Param, comenzando con Param 8000 en 1991, fue una de las primeras supercomputadoras construidas en India.
El gobierno indio lanzó la Misión Nacional de Supercomputación (NSM) en 2015 como un proyecto conjunto del Departamento de Ciencia y Tecnología (DST) y el Ministerio de Electrónica y TI (Meity), implementado por C-DAC y el Instituto Indio de Ciencia (IISC), Bengaluru. Su objetivo es construir una red de más de 70 instalaciones informáticas de alto rendimiento en toda la India, con capacidades que van desde Teraflops hasta Petaflops y para desarrollar hardware y software indígenas.
Las supercomputadoras también se han instalado en muchas instituciones académicas y de investigación. La supercomputadora más rápida de la India es AIRAWAT-PSAI en C-DAC en Pune; Se clasifica dentro de los 100 mejores en la lista canónica de los 500 principales en todo el mundo. Otros sistemas de la serie de parámetros se encuentran en IIT, IISER, IISC y Laboratorios Centrales de toda la India. El Instituto Indio de Meteorología Tropical, también en Pune, alberga Pratyush, una supercomputadora utilizada para el modelado climático y climático. El Centro Nacional para el Pronóstico del Meteorológico de Rango Medio en Noida tiene Mihir para el mismo propósito.
C-DAC sigue siendo el principal diseñador e integrador de supercomputadoras de la India. Colabora con el Instituto Indio de Ciencias, IIT y proveedores del sector privado para hardware. Últimamente, ha habido un mayor énfasis en procesadores desarrollados indígenas, como el servidor Rudra y los nodos de computación de alto rendimiento AUM bajo el NSM.
Además del clima, especialmente el monzón, y el modelado climático, los investigadores de la India usan supercomputadoras para el modelado a largo plazo del Océano Índico y el Himalaya, y para la dinámica molecular, descubriendo drogas, nanotecnología, simulando agujeros negros, ondas gravitacionales, estructuras galácticas, para entrenar modelos de inteligencia artificial de corte artificial y simular escenarios de defensa.
¿Cómo es el futuro?
Las supercomputadoras futuras pueden verse diferentes. Las computadoras cuánticas, que utilizan los principios de la mecánica cuántica, prometen una nueva forma de manejar ciertos tipos de problemas que podrían reducir la demanda de hardware y energía.
Al mismo tiempo, Exascale Computing, que ya está comenzando a llegar, está empujando los límites de lo que las máquinas clásicas pueden hacer. Por ejemplo, el 5 de septiembre, una máquina llamada Júpiter en Alemania se convirtió en la primera supercomputadora de Exascale de Europa. Una declaración de la Comisión Europea dijo que está alimentado por completo por energía renovable.
También hay nuevos diseños inspirados en el cerebro humano, llamados computación neuromórfica, donde el procesamiento y la memoria se instalarán en un solo chip, lo que puede producir ganancias significativas en la eficiencia y velocidad energética.
Dicho esto, todas estas supercomputadoras utilizarán el mismo concepto fundamental de computación paralela.
