Las supercomputadoras y sus funciones en la era actual

Las supercomputadoras son máquinas informáticas muy avanzados con un gran rendimiento y con capacidades de procesamiento sumamente elevadas. Su potencia y capacidad de cálculo de datos y su posterior procesamiento es cientos de veces más rápido que un computador personal.

Los supercomputadores son equipos de computación en paralelo que contienen cientos o miles de procesadores, estos trabajan organizadamente y en conjunto para procesar grandes cantidades de información.

Podemos decir entonces que las supercomputadoras son máquinas de índole informática que trabajan en paralelo y en combinaciones de arreglos, para proporcionar una capacidad de cálculo, velocidad, y capacidad de procesamiento de datos extraordinarios. De tal manera, que puedan ser utilizadas para fines específicos en donde muchas computadoras nos darían resultados en tiempos increíbles. La velocidad de estas máquinas es medida en flops que es igual a billones de transacciones por segundo.

¿Cómo se mide el rendimiento?

El criterio de medida más importante es la capacidad de cálculo, y esta se mide en flops. Una operación de carácter matemático es equivalente a un flop por segundo.

FLOPS es el acrónimo de «FLoating point Operations Per Second«, u operaciones de punto flotante por segundo, y se emplea para medir el rendimiento de un computador. La cantidad de FLOPS que un computador puede efectuar en un segundo es inmenso, por ello se utilizan los prefijos mega o giga para referirse a ellos (MFLOPS, GFLOPS). Un computador de escritorio que cuente con un microprocesador funcionando a unos 3GHz presenta una potencia de pocas decenas de GFLOPS. Uno de los ordenadores más rápido del mundo es el Tianhe-1A, capaz de efectuar más de 2,507 PFLOPS (petaflops), o lo que es igual, 1,000,000,000,000,000 de operaciones de punto flotante por segundo. Tianhe-1ª, posee 14.336 procesadores de la marca Intel, llamados Xeon, esto las hace 30 millones de veces mas rápidas que un computador ordinario. Pero incluso esta increíble potencia puede ser insuficiente al momento de llevar a cabo ciertos ejercicios de simulaciones.

El procesamiento de cálculos

Vamos a analizar un poco, la forma que las computadoras procesan estos cálculos matemáticos y explicar qué es coma flotante y cómo se aplica en la tecnología.

La capacidad de manejar números bien sean pequeños o grandes,  puede ser muy complicada, imaginen algo así 7.678.213.967.521.809.221.384.651. Tras muchos estudios la comunidad científica invento una nomenclatura para simplificar estos números, le llamaron coma flotante.

Si tenemos el número 367.000.000.000.000.000.000, podemos representarlo por 3,67 x 10²⁰ (10 elevado a 20). Es decir, al número 3,67 le añadimos 20 ceros a la derecha. Si usamos 10^-20 son ceros a la izquierda, por ello se le llama coma flotante porque cambiando este número elevado, lo que se hace es mover la coma a izquierda o derecha, dependiendo del signo de la operación.

Las computadoras traducen estos cálculos usando el sistema binario, es decir, 0 o 1, lo que representa la coma flotante.

Ya hay un nuevo rey en la lista del TOP500 de las supercomputadoras y se llama Fugaku y destronó a la súper Summit que reinó por mucho tiempo!

Estados Unidos ya no encabeza la lista con su supercomputadora, la tiene Japón, y, además, ha superado a las que eran las mega computadoras más poderosas que se hayan visto hasta ahora y de una forma avasallante. Tiene una capacidad de cálculo de 415,5 petaflops arrojados por el test HPL (High Performance Linpack), que es uno de los  test aprobados para evaluar el rendimiento de estas maravillas tecnológicas, posee 7,3 millones de núcleos y consume 28 Megavatios en pleno funcionamiento.

La computadora norteamericana Summit, alcanzó en esta misma prueba 148,8 petaflops, lo que deja en evidencia la superioridad de la tecnología japonesa en cuanto a supercomputadores se refiere.

¿Para qué sirven las supercomputadoras?

Se utilizan en investigaciones de índole científica, para lo cual fueron diseñadas, y así se mantuvo por muchos años. Pero gracias a sus grandes ventajas, en estos últimos tiempos y con la llegada de otras nuevas tecnologías, las supercomputadoras se están utilizando en muchas cosas, gracias a su  poder de procesamiento y sobre todo al tiempo en que obtienen respuestas.

Estos son algunos de los usos actuales para estos gigantes tecnológicos:

• Los gobiernos del primer mundo las utilizan para sus investigaciones militares, en ellas  simulan detonaciones de armamentos nucleares, biológicos, etc.
• Se utilizan para el estudio del cosmos y su infinidad, el espacio abierto y todo el universo, lo cual requiere de grandes análisis de información.
• Se están utilizando muchísimo para el estudio y la predicción del cambio climático en todo el mundo. Analizan patrones, orígenes, y pueden emitir predicciones a futuro de cómo estará el clima un día dado.
• También se emplean para llevar a cabo investigaciones y estudios de información en el área académica y privada. Son utilizadas en Universidades y por compañías como Amazon o Google, entre otras.

Las supercomputadoras en el ámbito de la salud

En el área de la salud, uno de los desafíos técnicos es que las proteínas se pliegan en un milisegundo, y simularlo al igual que todas las variaciones potenciales, requiere enormes cantidades de ciclos computacionales. Ahí es donde entran las supercomputadoras que funcionan básicamente en ensayos y errores de fuerza bruta. Cada computadora que ejecuta su software intenta una variación de un pliegue de proteína a nivel molecular hasta que encuentra un resultado.

Estas supercomputadoras se han centrado principalmente en enfermedades como el cáncer, el Parkinson, el VIH y el ébola. A partir de este año, el equipo añadió el virus COVID-19 a su lista de objetivos y comenzó a simular la dinámica de las proteínas COVID-19 para ayudar a buscar posibles opciones terapéuticas.

En el caso de COVID-19, se busca comprender mejor cómo interactúa el virus con el receptor humano ACE2 y la entrada del virus a las células humanas, y cómo los investigadores podrían ser capaces de interrumpir su interacción a través del diseño de nuevos anticuerpos terapéuticos o moléculas pequeñas. En resumen, está tratando de encontrar maneras de bloquear el virus de entrar en las células humanas.

Características de las supercomputadoras

Estas son las principales características que presentan las supercomputadoras:

• Seguridad.
• Velocidad de Procesamiento.
• Alta disponibilidad
  • MTTF (Mean Time To Failure): es el tiempo medio para fallos.
  • MTBF (Mean Time Between Failure): es el tiempo medio entre fallos.
  • MTTR (Mean Time To Repair): tiempo medio para reparar.
• Alto rendimiento y balanceo de carga.
• Escalaridad.
• Coste.
• Sistema Operativo basado en LINUX.