AC Laboratorio 3 Supercomputadores
Descargar como DOCX, PDF0 recomendaciones134 vistas
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.
AC Laboratorio 3 Supercomputadores
- 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
- 2. Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD. Rivera. Arquitectura de Computadores. 2 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
- 3. Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD. Rivera. Arquitectura de Computadores. 3 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.
- 4. Universidad Nacional Abierta y a Distancia UNAD. Rivera. Arquitectura de Computadores. 4 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