Este documento describe la historia y características de los supercomputadores. Explica que los supercomputadores más poderosos actualmente se miden en petaflops y que los líderes son Estados Unidos y China. También detalla los principales usos de los supercomputadores, como modelar el clima, simular reacciones nucleares y doblar proteínas. Finalmente, señala que el sistema operativo predominante es Linux debido a su bajo costo y código abierto.

1. Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD. Rivera. Arquitectura de Computadores. 1
Supercomputadores Componente Práctico,
Laboratorio 3 Arquitectura de Computadores
Omar Danilo Rivera Barrios
Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD
CEAD José Acevedo y Gómez
odriveraba@unadvirtual.edu.co
Resumen. Supercomputadores, esos equipos increíbles en potencia
y tamaño que son herramientas necesarias paralas tareas de predicción
y diseño en ámbitos científicos y militares. En el principio de los
tiempos esto era algo bastanteestadounidense, pero hoy en día el globo
está plagado de ejemplos que molestan e incluso superan a la artillería
‘USA’, algo especialmente reconocible si nos vamos a China.
Acostumbrados a comparar equipos domésticos en la escala de los
teraflops, para medir la destreza de estos mega ordenadores nos
tenemos que subir a los petaflops. Para el que ande perdido con la
nomenclatura, en el mundo de la informática, las operaciones de coma
flotante por segundo nos sirven para medir el rendimiento de los
equipos (usamos su acrónimo en inglés, FLOPS).
Abstract. Supercomputers, thoseincredible equipment in power and
size that are necessary tools for the tasks of prediction and design in
scientific and military fields. In the beginning of time this was
something quite American, but today the globe is full of examples that
bother and even surpass the 'USA' artillery, something especially
recognizable if we go to China.
Accustomed to comparing domesticequipment in theteraflops scale,
to measure thedexterity of these mega computers we have to go up to
the petaflops. For those who are lost with the nomenclature, in the
computer world, the floating-point operations per second are used to
measure the performance of the equipment (we use its acronym in
English, FLOPS).
Palabras Claves. Teraflops, Peteflops, Hardware, Sistema Operativo
Software, Software Libre, Linux, Windows
I.INTRODUCCIÓN
Una supercomputadora o un superordenador es aquella con
capacidades de cálculo muy superiores a las computadoras comunes y
de escritorio y que son usadas con fines específicos. Hoy día los
términos de supercomputadora y superordenador están siendo
reemplazados por computadora de alto rendimiento y ambiente de
cómputo de alto rendimiento, ya que las supercomputadoras son un
conjunto de poderosos ordenadores unidos entre sí para aumentar su
potencia de trabajo y rendimiento. Al año 2011, los superordenadores
más rápidos funcionaban en aproximadamente más de 1 petaflops (que
en la jerga de la computación significa que realizan más de 1000
billones de operaciones por segundo). La lista de supercomputadoras
se encuentra en la lista TOP500.
Ahora mismo el globo se divide en dos grupos de
supercomputadores, el estadounidense y el chino, en líneas generales
ambos compiten codo con codo en las pruebas, pero dos soluciones de
los asiáticos están en lo más alto del ranking. Estados Unidos aglomera
el 33,9% del potencial mundial, mientras que China se queda muy
cerca con un 33,3%. Si miramos a los países que les siguen en la lista,
tenemos a Alemania con 31 equipos, Japón con 27, Francia con 20, y
Reino Unido con 13. Las pruebas de las que hablamos tienen en cuenta
a 500 supercomputadoras instaladas alo largo del planeta. Si se pudiera
sumar su potencia, llegarían a 672 petaflops, una cifra que nos
sorprendemás por su crecimiento: es un 60% más que lo que se había
registrado en 2015.
II. DOMINAN INTEL Y LINUX
Un dato muy interesante lo encontramos en los creadores de los
procesadores, de los 500 ordenadores, 462 usan chips Intel, mientras
que IBM está en 22 de ellos, y AMD en 7. Hay configuraciones
multiprocesadorque tiran de unidades de procesográfico donde Nvidia también
tiene mucho que decir.
Fig. 1 Procesadores
Linux, estaba presente en 455 de las 500 supercomputadoras del mundo.
Ahora la lista ha sido actualizada, y la adopción de Linux ha crecido hastalos
498 superordenadores, estando ya presente en el 99,6% de ellos.
III. TRINITY
Trinity, Cray XC40, U.S. DOE/NNSA/LANL/SNL — 301.056
núcleos, 8,1 petaflops
Fig. 2 Trinity

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IV. MIRA
Mira, IBM BlueGene/Q, U.S. DOE/SC/Argonne National
Laboratory — 786.000 núcleos, 8,6 petaflops
Fig. 3 Mira
V. PIZ DAINT
Piz Daint, Cray XC30 con 116k núcleos Xeon y Nvidia, Swiss
National Computing Centre, Switzerland — 9,8 petaflops
Fig. 4 Piz Daint
VI. K COMPUTER
K Computer, SPARC64 system con 705.000 núcleos, RIKEN
Advanced Institute for Computational Science, Japan —, 10,5
petaflops
Fig. 5 K Computer
VII. OAKFOREST-PACS
Oakforest-PACS, Fujitsu Primergy CX1640 M1 cluster, Japan, Joint
Center for Advanced High-Performance Computing — 13,6 petaflops
Fig. 6 Oakforest PACS
VIII. CORI
Cori, Cray XC40, Berkeley Lab, U.S. National Energy Research
Scientific Computing Center (NERSC) — 14 petaflops
Fig. 7 Cori
IX. SEQUOIA
Sequoia, IBM BlueGene/Q system, U.S. Department of Energy,
Lawrence Livermore National Lab, California — 1,57 millones de
núcleos, 16,32 teraflops
Fig. 8 Sequoia

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X. TITAN
Titan, Cray XK7 system, U.S. Department of Energy, Oak Ridge
National Laboratory — 17,59 petaflops
Fig. 9 Titan
XI. TIANHE-2
Tianhe-2, TH-IVB-FEP Cluster, NationalSuper Computer Center en
Guangzhou, China — 3,12 millones de núcleos, 33,86 petaflops
Fig. 10 Módulos de memoria
XII. TAIHULIGHT
TaihuLight, Sunway MPP, SW26010, National Supercomputing
Center, Wuxi, China — 10,6 millones de núcleos, 93,01 petaflops
Fig. 11 Taihulight
XIII. SISTEMA DE ENFRIAMIENTO
Muchas de las CPUs usadas en los supercomputadores de hoy
disipan 10 veces más calor que un disco de estufa común. Algunos
diseños necesitan enfriar los múltiples CPUs a -85 °C (-185 °F). Para
poder enfriar múltiples CPUs a tales temperaturas requiere de un gran
consumo de energía. Por ejemplo, un nuevo supercomputador llamado
Aquasar tendrá una velocidad tope de 10 teraflops. Mientras tanto el
consumo de energía de un solo rack de estesupercomputador consume
cerca de 10 kW. Como comparación, un rack del supercomputador
Blue Gene L/P consume alrededor de 40 kW. El consumo promedio de
un supercomputador dentro de la lista de los 500 supercomputadores
más rápidos del mundo es de alrededor de 257 kW. Para el
supercomputador Aquasar, que será instalado en el Instituto
Tecnológico Federal Suizo (ETH), se utilizará un nuevo diseño de
enfriamiento líquido. Se necesitarán 10 litros de agua que fluirán a una
tasa de 29,5 litros por minuto. Una de las innovaciones en estediseño
es que normalmente los sistemas de enfriamiento aíslan el líquido de la
CPU y la transmisión de calor se da a través de convección desde la
cubierta metálica de la CPU a través de un adaptador generalmente de
cobre u otro material térmicamente conductivo. La innovación consiste
en un nuevo diseño en el cual llega el agua directamente a la CPU
mediante tubos capilares de manera que la transmisión de calor es más
eficiente. En el caso del ETH en Suiza, el calor extraído del
supercomputador seráreciclado paracalentar habitaciones dentro de la
misma universidad.
XIV. CARACTERÍSTICAS
 Velocidad de procesamiento: miles de millones de
instrucciones de coma flotante por segundo.
 Usuarios a la vez: hasta miles, en entorno de redes amplias.
 Tamaño: requieren instalaciones especiales y aire
acondicionado industrial.
 Dificultad de uso: solo para especialistas.
 Clientes usuales: grandes centros de investigación.
 Penetración social: prácticamente nula.
 Impacto social: muy importante en el ámbito de la
investigación, ya que provee cálculos a alta velocidad de
procesamiento, permitiendo, por ejemplo, calcular en
secuencia el genoma humano, número π, desarrollar cálculos
de problemas físicos dejando un margen de error muy bajo,
etc.
 Parques instalados: menos de un millar en todo el mundo.
 Hardware: Principal funcionamiento operativo.
XV. PRINCIPALES USOS
Las supercomputadoras se utilizan para abordar problemas muy
complejos o que no pueden realizarse en el mundo físico bien, ya sea
porque son peligrosos, involucran cosas increíblemente pequeñas o
increíblemente grandes. A continuación, damos algunos ejemplos:
 Mediante el uso de supercomputadoras, los investigadores
modelan el clima pasado y elclima actual y predicen el clima
futuro.
 Los científicos que investigan el espacio exterior y sus
propiedades utilizan las supercomputadoras para simular los
interiores estelares, simular la evolución estelar de las
estrellas (eventos de supernova, colapso de nubes
moleculares, etc.), realizar simulaciones cosmológicas y
modelar el clima espacial.
 Los científicos usan supercomputadoras parasimular de qué
manera un tsunami podría afectar una determinada costa o
ciudad.
 Las supercomputadoras se utilizan para probar la
aerodinámica de los más recientes aviones militares.
 Las supercomputadoras se están utilizando para modelar
cómo se doblan las proteínas y cómo ese plegamiento puede
afectar a la gente que sufre la enfermedad de Alzheimer, la
fibrosis quística y muchos tipos de cáncer.

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 Las supercomputadoras se utilizan para modelar explosiones
nucleares, limitando la necesidad de verdaderas pruebas
nucleares.
XVI. SISTEMAS OPERATIVOS
los primeros sistemas operativos que tienen incorporados los
supercomputadores eran desarrollados a la medida y específicamente
para cada uno de ellos, siendo por ejemplo Chippewa, Kronos, Scope
o Nos algunos de ellos. Pero a finales de los 80 comienza a haber un
cambio significativo y los supercomputadores comienzan a decantarse
por los sistemas operativos basados en UNIX como UNICOS. En 1993
se comienzan a hacer la lista de los primeros 500 supercomputadores
del mundo y en la que se especifica qué sistemas operativos utilizan
cada uno. A partir de esta lista se pudo comenzar a hacer una
estimación de la evolución de los sistemas operativos en ellos.
Ha habido un par de cambios claves en el mundo de los sistemas
operativos que seusan en la supercomputación. El primero de ellos fue
durante finales de la década de los 80, y fue cuando se pasó deque para
cada supercomputadoratuviera que desarrollarse un SO a medida para
ella, a aplicar sistemas operativos basados en UNIX. Este cambio fue
debido a que llegó un punto en que el coste de desarrollar ese software
específico era el mismo que el que se gastaba en hardware, cosa que
hacía del todo inviable seguir por esecamino. También gracias a UNIX
se podía proporcionar potencia de manera flexible a la
supercomputadora, que era muy importante debido a los constantes
cambios de las aplicaciones científicas en las que se utilizaban, o el
cambio de hardware que había constantemente debido a la evolución
de este.
El segundo gran cambio que hubo fue cuando se pasó,
aproximadamente sobre el año 2003, de un dominio total de UNIX al
dominio total de Linux, que es el SO que predomina en la actualidad.
Este cambio fue debido a varios motivos: el primero era la flexibilidad
que nos ofrece Linux, ya que este dispone de un kernel abierto con el
cual hacer modificaciones y optimizaciones sobre él. Por otra parte, el
costede las licencias deLinux estámuy por debajo de otros y en global
es más rentable, ya que tiene una comunidad alrededor que ayuda y
aporta de forma gratuita.
Linux es el SO predominante en la actualidad debido a varios
factores, como por ejemplo que su coste es nulo, que dispone de un
kernel genérico, que tiene una gran escalabilidad que le permite
adaptarse a grandes cargas fácilmente, que su instalación se basa en
pequeños módulos, los cuales cada uno hace una tarea: con esto se
consigue que si se modifica uno no afecte a los demás, también su
código es abierto lo cual permite que en cualquier momento podamos
modificar este ante cualquier cambio que se quiera o surja en la
supercomputadora;otro punto es que detrás tiene una gran comunidad
que da apoyo, y por último nos permite hacer pruebas de configuración
de red sin la necesidad de tener que reiniciar el sistema.
Fig. 12 Junio 1993
Fig. 13 Junio 2015
XVII. HISTORIA
Las supercomputadoras fueron introducidas en la década de 1970 y
fueron diseñadas principalmente por Seymour Cray en la compañía
Control Data Corporation (CDC), la cual dominó el mercado durante
esa época, hasta que Cray dejó CDC para formar su propia empresa,
Cray Research. Con esta nueva empresa siguió dominando el mercado
con sus nuevos diseños, obteniendo el podio más alto en supercómputo
durante cinco años consecutivos (1985-1990). En los años ochenta un
gran número de empresas competidoras entraron al mercado en
paralelo con la creación del mercado de los minicomputadores una
década antes, pero muchas de ellas desaparecieron a mediados de los
años noventa. El término está en constante flujo. Las
supercomputadoras de hoy tienden a convertirse en las computadoras
ordinarias del mañana. Las primeras máquinas de CDC fueron
simplemente procesadores escalares muy rápidas, y muchos de los
nuevos competidores desarrollaron sus propios procesadores escalares
a un bajo precio para poder penetrar en el mercado.
REFERENCIAS
 La carrera de los petaflops: estos son los diez
supercomputadores más potentes del mundo (2016, 18 de
noviembre). XatakaFecha de consulta: 13:45, noviembre 12,
2017 desde https://www.xataka.com/ordenadores/la-carrera-
de-los-petaflops-estos-son-los-diez-supercomputadores-
mas-potentes-del-mundo
 Supercomputadora. (2017, 29 de octubre). Wikipedia, La
enciclopedia libre. Fecha de consulta: 20:52, noviembre 12,
2017 desde
https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Supercomputado
ra&oldid=102958817