![- La nanotecnología
La nanotecnología es la manipulación de la materia a escala nanométrica. La más
temprana y difundida descripción de la nanotecnología12 se refiere a la meta tecnológica
particular de manipular en forma precisa los átomos y moléculas para la fabricación de
productos a microescala, ahora también referida como nanotecnología molecular.
Subsecuentemente una descripción más generalizada de la nanotecnología fue
establecida por la Iniciativa Nanotecnológica Nacional, la que define la nanotecnología
como la manipulación de la materia con al menos una dimensión del tamaño de entre 1 a
100 nanómetros. Esta definición refleja el hecho de que los efectos de la mecánica
cuántica son importantes a esta escala del dominio cuántico y, así, la definición cambió
desde una meta tecnológica particular a una categoría de investigación incluyendo todos
los tipos de investigación y tecnologías que tienen que ver con las propiedades especiales
de la materia que ocurren bajo cierto umbral de tamaño. Es común el uso de la forma
plural de "nanotecnologías" así como "tecnologías de nanoescala" para referirse al amplio
rango de investigaciones y aplicaciones cuyo tema en común es su tamaño. Debido a la
variedad de potenciales aplicaciones (incluyendo aplicaciones industriales y militares), los
gobiernos han invertido miles de millones de dólares en investigación de la
nanotecnología. A través de su Iniciativa Nanotecnológica Nacional, Estados Unidos ha
invertido 3,7 mil millones de dólares. La Unión Europea ha invertido[cita requerida] 1,2 mil
millones y Japón 750 millones de dólares.3
Nano es un prefijo griego que indica una medida (10-9 = 0,000 000 001), no un objeto; de
manera que la nanotecnología se caracteriza por ser un campo esencialmente
multidisciplinar, y cohesionado exclusivamente por la escala de la materia con la que
trabaja.](https://image.slidesharecdn.com/supercomputadorasynanotecnologa-171211111130/85/Supercomputadoras-y-nanotecnologia-10-320.jpg)
Supercomputadoras y nanotecnología
- 1. SUPERCOMPUTADORASY NANOTECNOLOGÍA - ¿Qué son lassupercomputadoras Las computadorassonmáquinasde altorendimientomuypoderosasque se usansobre todo para cálculoscientíficos.Paraacelerarlaoperación,loscomponentesse juntanparaminimizar la distanciaque tienenque recorrerlasseñaleselectrónicas.Lassupercomputadorastambién utilizantécnicasespecialesparaevitarel calorenloscircuitosy prevenirque se quemen debidoasu proximidad. El conjuntode instruccionesde lassupercomputadorascontienelasinstruccionesde transferenciasde datos,manipulaciónde datosytransferenciade control del programade las computadorasconvencionales.Estose aumentamediante instruccionesque procesanvalores y combinacionesde escalaresyvectores. Una supercomputadoraesunsistemacomputacional que se reconoce porsualtavelocidadde cálculo,sussistemasde memoriagrandesyrápidosyun usoampliode procesamiento paralelo.Estáequipadaconunidadesfuncionalesmúltiplesycada unidadtiene supropia configuraciónde arquitecturaparalela.Aunquelasupercomputadoramanejaaplicacionesde propósitogeneral que se encuentranentodaslasotras computadoras,estáoptimizada específicamente parael tipode cálculosnuméricosque involucranvectoresy matricesde númerosde puntoflotante. Las supercomputadorasnosonconvenientesparaprocesamientocotidianonormal de una instalaciónde computadoratípica. - ¿Cómose mide su vertiginosavelocidad? La velocidadde unsupercomputadorse mide enbase ala cantidadde operaciones matemáticasque hace por segundo.El términotécnicoparaestavelocidadesFLOPS.Si tu hacesuna operaciónenlacalculadora,tu velocidadseríade 1 FLOPS.El términomegaflopsse utilizapararepresentarmillonesde flops. Loque hace que unsuperordenadorsea"SUPER"es su capacidadpara ejecutaral menosmil millonesde operacionesde comaflotante por segundo.Esuna medidade velocidadsorprendenteconocidacomo"gigaflop". ¿Para qué se necesitan? Una de lasprimeras tareasasignadasal "superordenador"de losañoscuarenta,el ENIAC,no fue para un usomuy "pacífico",yaque se utilizóenloscálculosde diseñode laprimera bomba.atómica(ProyectoManhattan),enconcretopara calcularlas ondasde choque de las explosionesde pruebade lasbombas atómicas.
- 2. Sinla rapidezyla capacidadde cálculode losordenadores,algunasdisciplinasse habrían "ahogado"ensus planteamientosteóricos.Tal esel casode la física de alta energía.Hay experimentosenel CERN que hacencolisionarelectronesypositronesyque producental cantidadde informaciónque,sinlaayudade un superordenadorque sepadiscriminarentre todoslossucesos,nose habría podidocomprobar experimentalmentelasideasteóricas. En la investigación espacial,lautilizaciónde ordenadoresse convirtióenesencial.Lanave Voyager2, que fue lanzadael 20 de agosto de 1977 con la misiónde explorarlosplanetas exterioresal sistemasolar,ibaequipadaconseisordenadoresdiferentes,concapacidadde 540 Megas,algoportentosopara laépoca. Hoy endía, la existenciade superordenadoresque,naturalmente,trabajenentiemporeal,se ha convertidoen una necesidad.Porejemplo,sonimprescindiblesenlasindustriasdel automóvilyla aeronáutica.Eneste caso losestudiosde aerodinámicasonunapiezafundamentalpara optimizarlaformadel fuselaje ode lasalas.Tambiénse emplea ensimulaciónde vuelosparael entrenamientode lospilotos,etc.El análisisde laestructura del aviónBoeing777 se realizócompletamente porunsupercomputadorytambiénel diseño del avióninvisibleF−117. Otras aplicacionessonel diseñode nuevosproductosfarmacéuticos,componentes electrónicos,simulaciónde terremotos,estudiode laevoluciónde lacontaminaciónen áreas extensas,predicciónmeteorológicayestudiosdel cambioclimáticoosimulaciónde órganos corporalesconel objetivode reproducirsufuncionamientoconrepresentacionesen3Dde alta precisiónapartirde métodosde resonanciamagnética. En definitiva,el mercadopide ordenadoresmáspotentesymás"SUPER". Los sistemasactuales permiten,comoenel casodel Pentiumde INTELpodertener5,5 millonesde transistoresen una placade silicioinferiora100 milímetroscuadrados.Perose necesitamás. - ¿ComoSon ? Tiposde procesadores:losprocesadoresvectorialesoperanensubconjuntode elementosde un vectorcon una únicainstrucción,mientrasque losprocesadoresescalareshande manipularloselementoaelementoy,porlotanto,tiene que ejecutarunamismainstrucción de manera iterativaparaconseguirel mismoresultadoque unaúnicainstrucciónvectorial.Los procesadoressuperescalarespuedeniniciarlaejecuciónsimultáneade variasinstrucciones escalaresenparalelode formaque puedenoperarvarioselementosde unvectordentrode una mismaiteración.Losprocesadoresenarrayejecutanlamismainstrucciónentodoslos
- 3. procesadoressobre diferentesdatos.Organizaciónde lamemoria:Si lamemoriaestá compartidaentre todoslosprocesadores,laprogramaciónesmuchomássencilla,yaque los datosse puedencolocarencualquiermódulode lamemoriaysuaccesoes uniforme para todoslosprocesadores.Si cadaprocesadortiene accesoa su propiamemoria,entoncesla programaciónesmás compleja,perotiene laventajade suescalabilidad,conloque el sistema puede crecerhastaun mayor númerode procesadores.Esel sistemaidóneoparamáquinas paralelas.Lamemoriadistribuidacompartidacombinalasventajasde ambasorganizaciones: la memoriaestáfísicamente distribuiday.porlo tanto,el sistemaesescalable,perose accede con un espacioúnicode direccionesyesfácilmente programable. Tiposde Supercomputadoras: Existendostiposprincipalesde supercomputadores:máquinasde vectoresymáquinas paralelas.Lasdostrabajan RAPIDO,peroenformadiferente. Digamosque tú tienes100 problemasde matemáticas.Si tufuerasuncomputadorde vectores,te sentaríasy harías todoslosproblemastúmismotan rápidocomopudieras. Para trabajar como uncomputadorparalelo,tutendríasque conseguirycompartirel trabajo con susamigos.Con 10 amigos,tuharías solo10 problemas.Si fueran20amigos,cada uno solotendríaque hacer 5 problemas.A pesarde que tu fuerasmuybuenoenmatemáticas,te tomaría más tiempoenhacertodoslos100 problemasque las20 personastrabajandojuntas. - Conclusión En resumen,lassupercomputadorassonherramientasde tecnologíaavanzadautilizadaspor compañías especializadascomolasbolsasmercantiles,empresasespecializadasenfármacos, tambiénse utilizanparainvestigarfactoresrelacionadosconel cambioclimático,etc.A pesar de lo que podemoscreerlassupercomputadorasestánconstantementeinvolucradasen nuestravidadiaria,debidoaque lasencontramosen donde menosnosesperamos.Seymour Cray esconocidocomo el padre de las computadoras,enel grande campode la supercomputación.Debidoasugran ingenio,demostradoal crearla primer supercomputadoraCray−1en 1976 con uncosto aproximadode $8.8 millonesde dólares. Marcando así el comienzode unanuevaera.Es muy amplioel temade lassupercomputadoras aunque unpoco complejo.Existendiferentestiposde supercomputadoras,las supercomputadorasde vectoresylassupercomputadorasenparalelo.
- 4. - Top 5 superordenadoresmáspotentesdel mundo 5IBM Mira - - - Desarrollado por IBM, el superordenador Mira alcanza los 8.6 petaflops y actualmente se encuentra en el Departamento de Energía del Laboratorio de Argonne (Illinois). - Capaz de ejecutar hasta diez mil billones de cálculos por segundo, esta supercomputadora fue un encargo del Departamento de Energía de los Estados Unidos. - Y aunque no se conoce cuánto costó desarrollar este superordenador, sí que ha trascendido que su funcionamiento lleva un gasto acompañado de aproximadamente 5 millones de dólares al año por la electricidad que consume. - Para hacerse una idea de su rendimiento, basta con imaginar con que cada estadounidense realizara un cálculo por segundo. Tendrían que hacerlo sin parar durante casi un año para igualar lo que el superordenador IBM Mira es capaz de realizar en solo un segundo
- 5. 4Fujitsu K Computer Fujitsu es el responsable de este espectacular superordenador, K Computer, que se encuentra en ubicada en el RIKEN Advanced Institute for Computational Science en la ciudad de Kobe, Japón. Desarrollado en 2011, el K Computer fue el primer superordenador que superó la barrera de los 10 petaflops gracias a sus 548.352 núcleos, con 68.544 procesadores SPARC64 VIIIfx a 2.0GHz. K Computer funciona bajo Linux, como la mayoría de las supercomputadoras que aparecen en la lista de Supercomputer Sites, y consume la misma electricidad que aproximadamente 10.000 hogares, lo que supone un gasto anual que ronda los 10 millones de dólares.
- 6. 3IBM Sequoia El superordenador IBM Sequoia, construido por un encargo de la Agencia Nacional de Seguridad Nuclear de EE.UU. (NNSA por sus siglas en inglés), alcanza los 16'32 petaflops. Ubicado en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore de California, esta supercomputadora ocupa nada menos que 280 metros cuadrados y funciona con 705.024 núcleos. Su desarrollo costó aproximadamente 655 millones de dólares, y se ha utilizado a lo largo de estos años principalmente para juegos de guerra, es decir, la simulación de armas nucleares. El IBM Sequoia está equipado con 1,6 petabytes de memoria RAM y, a pesar de su potencia, es uno de los más eficientes al consumir "solo" 7,9 MW.
- 7. 2Cray Titan Cray Titan es uno de los mayores exponentes de la tecnología estadounidense. Este superordenador alcanza actualmente los 17,59 petaflops, aunque se espera que durante los próximos años sea capaz de superar los 20 petaflops. Esta supercomputadora es la actualización del superordenador Jaguar, que ocupaba el sexto puesto de la lista en junio de 2012. En total, el Cray Titan cuenta con 299.008 núcleos, 710 Tebibytes de memoria RAM y 10 petabytes de almacenamiento, es decir, 10.000 TB. Actualmente se encuentra en el Laboratorio Nacional Oak Ridge de Tennessee y se utiliza para realizar cálculos extremadamente complejos que, por ejemplo, ayudan a modelar el comportamiento de neutrones en reactores nucleares.
- 8. 1Tianhe-2 El Tianhe-2 chino es el ordenador más potente de todo el mundo, con un rendimiento de 33,86 petaflops y un pico teórico de 54,9 petafops. Desarrollado por la Universidad Nacional de Tecnología de Defensa de China (NUDT) y la empresa Inspur, el nombre de este superordenador se traduce al español como "Vía Láctea". El Tianhe-2 tiene 3.120.000 núcleos, capacidad para almacenar 12,4 PB, funciona bajo el sistema operativo Kylin Linux y se utiliza para ejercicios de simulación y análisis relacionados con la seguridad nacional. Aunque su precio no se conoce públicamente, varias informaciones apuntan a que podría haber costado entre 200 y 300 millones de dólares, a lo que hay que sumar el consumo energético anual que equivale al de unas 27.000 familias.
- 9. - ¿Hay alguno en España? En el BSC-CNSya estánpreparandounanuevaactualizaciónde este superordenadorque dará lugaral MareNostrum4 (PDF).Esta iteracióntendráRpeak(potenciamáxima) de 11,14 Petaflop/s,loque suponeser 12,4 veces más rápido que el actual MareNostrum 3. No soloeso:graciasal usode procesadoresIntel Xeonde nuevageneraciónyconuna mayor eficiencia,ese aumentode rendimientotendráun impacto comedido en el consumo energético,que soloaumentaráun30%. Estas prestacionespermitiránque Marenostrum4 se sitúe enel Top 20 a nivel mundial yenel Top3 a nivel europeoenel segmentode la supercomputación. En el nuevosuperordenadornosoloencontraremostecnologíasde supercomputación "convencionales",sinotambiénunapartadodedicadoa tres tecnologías emergentes de supercomputación que estáncobrandoprotagonismoenEstadosUnidosyJapón"para acelerar la llegada de la nueva generación de supercomputadores pre-exascala". Así escomo encontraremosun clúster con procesadores IBM POWER9 y GPUs de NVIDIA (conuna potenciatotal de 1,5 Petaflop/s),otroconprocesadoresIntel Knights Landinge Intel KnightsHill (0,5Petaflop/s),yuntercerclústercon procesadoresARMv8de 64 bits(0,5 Petaflop/s).
- 10. - La nanotecnología La nanotecnología es la manipulación de la materia a escala nanométrica. La más temprana y difundida descripción de la nanotecnología12 se refiere a la meta tecnológica particular de manipular en forma precisa los átomos y moléculas para la fabricación de productos a microescala, ahora también referida como nanotecnología molecular. Subsecuentemente una descripción más generalizada de la nanotecnología fue establecida por la Iniciativa Nanotecnológica Nacional, la que define la nanotecnología como la manipulación de la materia con al menos una dimensión del tamaño de entre 1 a 100 nanómetros. Esta definición refleja el hecho de que los efectos de la mecánica cuántica son importantes a esta escala del dominio cuántico y, así, la definición cambió desde una meta tecnológica particular a una categoría de investigación incluyendo todos los tipos de investigación y tecnologías que tienen que ver con las propiedades especiales de la materia que ocurren bajo cierto umbral de tamaño. Es común el uso de la forma plural de "nanotecnologías" así como "tecnologías de nanoescala" para referirse al amplio rango de investigaciones y aplicaciones cuyo tema en común es su tamaño. Debido a la variedad de potenciales aplicaciones (incluyendo aplicaciones industriales y militares), los gobiernos han invertido miles de millones de dólares en investigación de la nanotecnología. A través de su Iniciativa Nanotecnológica Nacional, Estados Unidos ha invertido 3,7 mil millones de dólares. La Unión Europea ha invertido[cita requerida] 1,2 mil millones y Japón 750 millones de dólares.3 Nano es un prefijo griego que indica una medida (10-9 = 0,000 000 001), no un objeto; de manera que la nanotecnología se caracteriza por ser un campo esencialmente multidisciplinar, y cohesionado exclusivamente por la escala de la materia con la que trabaja.
- 11. La nanotecnología definida por el tamaño es naturalmente un campo muy amplio, que incluye diferentes disciplinas de la ciencia tan diversas como la ciencia de superficies, química orgánica, biología molecular, física de los semiconductores, microfabricación, etc.4 Las investigaciones y aplicaciones asociadas son igualmente diversas, yendo desde extensiones de la física de los dispositivos a nuevas aproximaciones completamente nuevas basadas en el autoensamblaje molecular, desde el desarrollo de nuevos materiales con dimensiones en la nanoescalas al control directo de la materia a escala atómica.