Una supercomputadora o supercomputadora es una computadora diseñada para lograr el mayor rendimiento posible con las técnicas conocidas en el momento de su diseño, en particular en lo que respecta a la velocidad de cálculo .
Las supercomputadoras científicas se denominan "computación de alto rendimiento" (en inglés : computación de alto rendimiento o HPC). Esta disciplina se divide en dos: el hardware parte (diseño electrónico de la herramienta de cálculo) y el software de parte (adaptación del software del cálculo de la herramienta). Estas dos partes se refieren a diferentes campos de conocimiento.
Las primeras supercomputadoras (o supercomputadoras) aparecieron en la década de 1960 . En 1961, IBM desarrolló IBM Stretch o IBM 7030, una unidad de la cual se operó en Francia en 1963.
En ese momento, y hasta la década de 1970 , el mayor fabricante de supercomputadoras del mundo era Control Data Corporation (CDC), con su diseñador Seymour Cray . Posteriormente, Cray Research , fundada por Seymour Cray luego de su salida de CDC, tomó ventaja sobre sus demás competidores, hasta alrededor del año 1990. En la década de 1980 , como es el caso que se producía en el mercado de microcomputadoras de la década de 1970, muchas pequeñas empresas ingresaron a este mercado, pero la mayoría de ellos desaparecieron en el “ crash ” del mercado de supercomputadoras de mediados de la década de 1990 .
A qué se refiere el término supercomputadora varía con el tiempo, ya que las computadoras más poderosas del mundo en un momento dado tienden a ser igualadas, y luego superadas, por máquinas de uso común muchos años después. Las primeras supercomputadoras de los CDC eran computadoras simples de un solo procesador (pero a veces con hasta diez procesadores periféricos para E / S ) unas diez veces más rápidas que la competencia. En la década de 1970, la mayoría de las supercomputadoras adoptaron un procesador vectorial , que decodifica una instrucción una vez y la aplica a toda una serie de operandos .
No fue hasta finales de la década de 1980 que se adoptó la técnica de sistemas masivamente paralelos , con el uso en una sola supercomputadora de miles de procesadores. Hoy en día, algunas de estas supercomputadoras paralelas utilizan microprocesadores tipo " RISC ", diseñados para computadoras seriales, como PowerPC o PA-RISC . Otras supercomputadoras usan procesadores de menor costo, del tipo " CISC ", microprogramados en RISC en el chip electrónico ( AMD o Intel ): la eficiencia es un poco menor, pero el canal de acceso a la memoria , a menudo un cuello de botella , está mucho menos estresado.
En el XXI ° siglo , los superordenadores se diseñan generalmente como modelos únicos de los fabricantes de ordenadores 'tradicionales' como International Business Machines (IBM), Hewlett-Packard (HP), o Bull , tienen tras de sí una larga tradición en el campo (IBM) o que compraron en los años noventa empresas especializadas, entonces en crisis, para adquirir experiencia en este campo.
Las supercomputadoras se utilizan para todas las tareas que requieren una potencia de cálculo muy alta , como la previsión meteorológica , el estudio del clima (sobre este tema, ver programas financiados por el G8-HORCs ), el modelado de objetos químicos ( cálculo de estructuras y propiedades , modelado molecular , etc. . ), simulaciones físicas (simulaciones aerodinámicas , cálculos de resistencia de materiales , explosión simulada de armas nucleares , estudio de fusión nuclear , etc. ), el criptoanálisis o simulaciones en finanzas y seguros ( cálculo estocástico ).
Las instituciones de investigación civiles y militares se encuentran entre los usuarios más habituales de supercomputadoras.
En Francia , estas máquinas se encuentran en los centros de computación universitarios nacionales, como el Instituto de Desarrollo y Recursos en Informática Científica (IDRIS), el Centro Nacional de Computación para la Educación Superior (CINES), pero también en el Comisariado de energía atómica y energías alternativas. (CEA) o en determinadas grandes empresas, como Total , EDF o Météo-France .
Las supercomputadoras obtienen su superioridad sobre las computadoras convencionales de ambos:
Casi siempre están diseñados específicamente para un cierto tipo de tarea (la mayoría de las veces cálculos numéricos científicos: computación matricial o vectorial ) y no buscan un desempeño particular en otras áreas.
La arquitectura de memoria de las supercomputadoras está diseñada para suministrar continuamente datos a cada procesador con el fin de aprovechar al máximo su potencia informática . El rendimiento superior de la memoria (mejores componentes y mejor arquitectura) explica en gran medida la ventaja de las supercomputadoras sobre las convencionales.
Su sistema de entrada / salida ( bus ) está diseñado para proporcionar un gran ancho de banda , con menos latencia, ya que este tipo de computadora no está diseñada para procesar transacciones .
Al igual que con cualquier sistema paralelo, se aplica la Ley de Amdahl , y los diseñadores de supercomputadoras dedican algunos de sus esfuerzos a eliminar las partes no paralelizables de software y desarrollan mejoras de hardware para eliminar los cuellos de botella restantes.
Por un lado, las supercomputadoras suelen requerir varios megavatios de energía eléctrica . Esta comida también debe ser de alta calidad. Como resultado, producen una gran cantidad de calor y, por lo tanto, deben enfriarse para funcionar normalmente. La refrigeración (por ejemplo, refrigeración por aire ) de estos ordenadores a menudo plantea un problema de aire acondicionado importante .
Por otro lado, los datos no pueden fluir más rápido que la velocidad de la luz entre dos partes de una computadora . Cuando el tamaño de una supercomputadora supera varios metros, el tiempo de latencia entre ciertos componentes se cuenta en decenas de nanosegundos . Por tanto, los elementos están dispuestos para limitar la longitud de los cables que conectan los componentes. En Cray-1 o Cray- II , por ejemplo, estaban dispuestos en círculo .
Hoy en día, estas computadoras pueden procesar y comunicar grandes volúmenes de datos en muy poco tiempo. El diseño debe garantizar que estos datos se puedan leer, transferir y almacenar rápidamente. De lo contrario, la potencia informática de los procesadores quedaría subexplotada ( cuello de botella ).
Las 20 mejores supercomputadoras del mundo en Junio del 2013.
Tabla de la velocidad de cálculo (R max ) de las mejores supercomputadoras; Escala logarítmica de 60 años.
Distribución por países de las 500 mejores supercomputadoras denoviembre 2015.
En 1993, El Instituto de Física de la Tierra de París (IGP) opera una computadora CM-5/128 que los procesadores de los usos SuperSPARC , que ocupa el puesto 25 º a TOP500 . Tres años después, en1996, El Instituto de Desarrollo de los recursos y Computación Científica (IDRIS) llega al 12 ° lugar a nivel mundial con t3e construida por Cray .
En medio-2002, Los superordenadores más potentes francesa ocupa el 4 º en el TOP500, el TERA basados en procesadores Alpha a 1 GHz ( AlphaServer SC45 ) y desarrollado por Hewlett-Packard ; pertenecía a la Comisión de Energía Atómica (CEA). Enenero de 2006El TERA-10 de Bull tiene éxito, se genera una potencia de cálculo de 60 Tera FLOPS y tendrá lugar el 5 º Ranking mundial TOP500.
En junio 2008, Idris y Blue Gene / P Solución para IBM aparece, según la prueba de LINPACK , una potencia de 120 teraflops y ganó el 10 º lugar.
En noviembre de 2009, la primera máquina francesa se llama Jade . Del tipo “ SGI Altix (en) ”, tiene su sede en el Centro Nacional de Informática para la Educación Superior (CINES) en Montpellier . El superordenador está en el puesto 28 º en el mundo con 128 teraflops en la prueba LINPACK. Poco después, se completó la configuración de la máquina Jade para lograr un rendimiento de 237 teraflops. La máquina cambia ajunio de 2010el 18 º fila de la TOP500. Es entonces el tercer sistema informático europeo y el primer francés, está destinado a la investigación pública .
En noviembre 2010El récord francés lo ostenta el TERA-100 de Bull . Situado en la CEPA en Bruyeres-le-Chatel a las necesidades de la simulación militar nuclear francesa , con un rendimiento teraflops 1050, esta máquina se eleva al 6 º en el mundo y ganó el 1 er lugar en Europa. Consta de 17.296 procesadores Intel Xeon 7500 , cada uno equipado con ocho núcleos y conectado por una red tipo InfiniBand .
En marzo 2012, Curie , un sistema diseñado por Bull para GENCI , instalado en el sitio del Très Grand Centre de Calcul (TGCC) en Bruyères-le-Châtel, tiene una potencia de 1.359 petaflops. Se convierte en el superordenador más potente de Francia al ocupar el noveno lugar en el ranking mundial. Está diseñado para entregar 2 petaflops.
En enero 2013, los sistemas Ada y Turing construidos por IBM están instalados en IDRIS en Orsay . La suma de su poder supera los petaflops. Estas dos máquinas están disponibles para los investigadores. En marzo de 2013 se inauguró el superordenador Pangea propiedad de la empresa Total , que se convirtió en el sistema más eficiente jamás instalado en Francia. Su potencia de cálculo es de 2,3 petaflops. Equivalente a 27.000 ordenadores de sobremesa juntos, obtuvo el 11 º lugar en todo el mundo.
En enero 2015, el sistema Occigen , diseñado por Bull, Atos Technologies, para GENCI está instalado en el sitio de CINES; tiene una potencia de 2,1 petaflops. Se quedó en 26 ° posición en la clasificación mundial de la TOP500noviembre 2014.
En marzo de 2016, Total anuncia que ha triplicado la capacidad de cómputo de su Pangea superordenador , yendo a una potencia de cálculo de 6,7 petaflops de rendimiento máximo y 5,28 petaflops en energía utilizable. Esto le permite recuperar el 11 º lugar en el TOP500 y por lo tanto se coloca a la cabeza del sector industrial mundial.
El auge de las supercomputadoras ha hecho que Linux se convierta en el sistema operativo que alimenta a la mayoría de las 500 supercomputadoras más poderosas del planeta, con Unix perdiendo terreno gradualmente frente a Linux, pero durante un tiempo ocupando un lugar destacado en el mercado de las supercomputadoras (5%).
Windows solo fue ejecutado por dos de las 500 supercomputadoras más poderosas del planeta, o el 0,4%, mientras que BSD solo estaba presente en una máquina entre las 500 principales , o el 0,2%. Finalmente, el resto de configuraciones (“ Mixtas ”, es decir, un conjunto de varios tipos de sistemas operativos) representaron el 4,6%.
En noviembre de 2017Linux es el motor de las 500 supercomputadoras más potentes del mundo.