Top 12 Supercomputadoras 2021: Rankings y Rendimiento

Top 12 Supercomputadoras 2021: Rankings y Rendimiento

Para la mayoría de nosotros, una computadora probablemente parece lo suficientemente rápida si puede reproducir videos 8K o la última versión de Far Cry a 60 fps sin ralentizarse. Sin embargo, hay muchas tareas complicadas que requieren miles de millones de cálculos por segundo —algo que una computadora de escritorio con procesador i9 no puede hacer.

Ahí es donde entran las supercomputadoras. Ofrecen un alto nivel de rendimiento que permite a gobiernos y organizaciones resolver problemas que no serían posibles con computadoras convencionales.

Las supercomputadoras de hoy se construyen con cargas de trabajo de IA (inteligencia artificial) en mente. Además de pronóstico meteorológico, investigación climática, simulaciones físicas y exploración de petróleo y gas, las supercomputadoras ayudan a los científicos a descubrir materiales de construcción más resistentes y estudiar proteínas humanas y sistemas celulares a un nivel extremo de detalle.

Generalmente, el rendimiento de la supercomputadora se mide en operaciones de punto flotante por segundo (FLOPS). En el campo de computaciones científicas, FLOPS es una cifra más precisa que medir instrucciones por segundo.

¿Sabías que la primera supercomputadora —Livermore Atomic Research Computer— se construyó para el Centro de Investigación y Desarrollo de la Marina de EE. UU. en 1960.

Para mostrarte qué tan lejos hemos llegado desde entonces, hemos seleccionado una lista detallada de las supercomputadoras más rápidas del mundo. Todas son sistemas informáticos no distribuidos que funcionan con Linux.

12. Sequoia

Velocidad: 17.1 petaFLOPS
Núcleos: 1,572,864

Proveedor: IBM
Ubicación: Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, Estados Unidos

Sequoia usa servidores BlueGene/Q de IBM para ofrecer un rendimiento teórico máximo de 20 petaFLOPS. Tiene 123% más núcleos y es 37% más eficiente energéticamente que su predecesora, la computadora K.

Aunque la máquina se usa principalmente para simulación de armas nucleares, también está disponible para muchos propósitos científicos como cambio climático y análisis del genoma humano. También ha demostrado su gran escalabilidad con una simulación 3D de la electrofisiología del corazón humano.

11. PANGEA III

Crédito: Total S.A.

Velocidad: 17.8 petaFLOPS
Núcleos: 291,024

Proveedor: IBM
Ubicación: Centro de investigación técnico y científico CSTJF en Pau, Francia

Pangea III se basa en la arquitectura de alto rendimiento optimizada para IA de IBM. IBM y NVIDIA trabajaron juntos para construir la única conexión CPU-a-GPU NVLink de la industria, que permite más de 5 veces mayor ancho de banda de memoria entre la CPU IBM POWER9 y las GPU NVIDIA Tesla V100 Tensor Core que los sistemas convencionales basados en x86.

La arquitectura no solo mejora el rendimiento computacional sino que también mejora la eficiencia energética. El nuevo sistema usa menos del 10% del consumo de energía por petaFLOP que su predecesora, Pangea I y II.

Pangea III tiene diversas aplicaciones, especialmente en tres campos diferentes: imagen sísmica de exploración y desarrollo, modelos de desarrollo y producción, y valoración y selectividad de activos.

10. Lassen

Velocidad: 18.2 petaFLOPS
Núcleos: 288,288

Proveedor: IBM
Ubicación: Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, Estados Unidos

Lassen está designado para simulación y análisis no clasificados. Está instalado en el mismo laboratorio y usando los mismos componentes de construcción que Sierra (#2 supercomputadora más rápida).

Aunque Sierra es un sistema grande, Lassen es un tamaño decente por derecho propio: es exactamente 1/6 del tamaño de su hermano mayor. El sistema Lassen está contenido en 40 racks, mientras que Sierra ocupa 240 racks.

Procesadores IBM Power9 y 253 terabytes de memoria principal ayudan a Lassen a alcanzar un rendimiento máximo de 23 petaFLOPS.

9. SuperMUC-NG

Velocidad: 19.4 petaFLOPS
Núcleos: 305,856

Proveedor: Lenovo
Ubicación: Centro de Supercomputación Leibniz, Alemania

SuperMUC-NG cuenta con 6,400 nodos de computación Lenovo ThinkSystem SD650 refrigerados por agua directa con más de 700 terabytes de memoria principal y 70 petabytes de almacenamiento en disco.

Está conectado a potentes sistemas de visualización que contienen un gran powerwall estereoscópico 4K y un entorno de realidad virtual artificial CAVE de 5 lados.

La supercomputadora sirve a científicos europeos de muchos campos, incluyendo análisis de genoma, dinámica de fluidos, cromodinámica cuántica, ciencias de la vida, medicina y astrofísica.

8. Infraestructura de Nube de Puentes de IA (AI Bridging Cloud Infrastructure)

Crédito: ABCI

Velocidad: 19.8 petaFLOPS
Núcleos: 391,680

Proveedor: Fujitsu
Ubicación: Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada, Japón

Esta es la primera infraestructura de computación de IA abierta a gran escala del mundo que entrega 32.577 petaFLOPS de rendimiento máximo. Tiene un total de 1,088 nodos, cada uno conteniendo 2 procesadores Intel Xenon Gold Scalable, 4 GPU NVIDIA Tesla V100, 2 HCAs InfiniBand EDR y 1 SSD NVMe.

Fujitsu Limited afirma que la supercomputadora puede lograr 20 veces la densidad térmica de centros de datos convencionales, y una capacidad de enfriamiento de 70 kW Rack usando agua caliente y enfriamiento por aire.

7. Trinity

Velocidad: 21.2 petaFLOPS
Núcleos: 979,072

Proveedor: Cray
Ubicación: Laboratorio Nacional Los Alamos, Estados Unidos

Trinity está construida para proporcionar una capacidad computacional extraordinaria para la Empresa de Seguridad Nuclear NNSA. Su objetivo es mejorar las fidelidades geométricas y físicas en el código de simulación de armas nucleares, asegurando que el arsenal nuclear sea seguro, protegido y efectivo.

La supercomputadora se desarrolló en dos etapas: la primera incorporó el procesador Intel Xeon Haswell, y la segunda incluyó un aumento sustancial de rendimiento usando el procesador Intel Xeon Phi Knights Landing. Puede entregar un rendimiento máximo total de más de 41 petaFLOPS.

6. Piz Daint

Velocidad: 21.2 petaFLOPS
Núcleos: 387,872

Proveedor: Cray
Ubicación: Centro Nacional de Supercomputación Suizo, Suiza

Esta supercomputadora, nombrada por la montaña Piz Daint en los Alpes Suizos, funciona con microprocesador Intel Xeon E5-26xx y NVIDIA Tesla P100.

Piz Daint utiliza el "modo burst buffer" de DataWarp para aumentar el ancho de banda efectivo hacia y desde dispositivos de almacenamiento. Esto acelera las tasas de entrada/salida de datos, facilitando el análisis de millones de archivos pequeños no estructurados.

Además de sus tareas diarias, puede manejar el análisis de datos de algunos de los proyectos más intensivos en datos del mundo, como datos recopilados de experimentos en el Gran Colisionador de Hadrones.

Leer: ¿Qué Es Un Acelerador de Partículas?

5. Frontera

Vista entre dos filas de servidores Frontera | Crédito: TACC

Velocidad: 23.5 petaFLOPS
Núcleos: 448,448

Proveedor: Dell EMC
Ubicación: Centro de Computación Avanzada de Texas, Estados Unidos

Frontera abre nuevas posibilidades en ingeniería e investigación al proporcionar recursos computacionales extensivos que facilitan a los científicos abordar muchos desafíos complejos en una amplia gama de dominios.

Frontera cuenta con dos subsistemas de computación: el primero se enfoca en rendimiento de doble precisión mientras que el segundo se enfoca en computación de flujo de memoria de precisión simple. También tiene interfaces en la nube y múltiples nodos de aplicación para alojar servidores virtuales.

4. Tianhe-2A

Tianhe-2 en el Centro Nacional de Supercomputación en Guangzhou

Velocidad: 61.4 petaFLOPS
Núcleos: 4,981,760

Proveedor: NUDT
Ubicación: Centro Nacional de Supercomputación en Guangzhou, China

Con más de 16,000 nodos de computadora, Tianhe-2A representa la instalación más grande del mundo de procesadores Intel Ivy Bridge y Xeon Phi. Mientras que cada nodo tiene 88 gigabytes de memoria, la memoria total (CPU+coprocesador) es 1,375 tebibyte.

China gastó 2.4 mil millones de yuanes (US$390 millones) en construir esta supercomputadora. Ahora se usa principalmente en simulaciones, análisis y aplicaciones de seguridad gubernamental.

3. Sunway TaihuLight

Velocidad: 93 petaFLOPS
Núcleos: 10,649,600

Proveedor: NRCPC
Ubicación: Centro Nacional de Supercomputación en Wuxi, China

El poder de cómputo de TaihuLight proviene de una CPU SW26010 de varios núcleos desarrollada localmente que incluye tanto elementos de procesamiento de cómputo como de gestión.

Un solo SW26010 proporciona un rendimiento máximo de más de 3 teraFLOPS, gracias a sus 260 elementos de procesamiento (integrados en una CPU). Cada elemento de procesamiento de cómputo tiene una memoria scratchpad que sirve como caché controlada por el usuario, reduciendo significativamente el cuello de botella de memoria en la mayoría de aplicaciones.

Además de ciencias de la vida e investigación farmacéutica, TaihuLight se ha usado para simular el universo con 10 billones de partículas digitales. Sin embargo, China intenta lograr mucho más: el país ya ha declarado su objetivo de ser líder en IA para 2030.

2. Sierra

Crédito de imagen: Wikimedia

Velocidad: 94.6 petaFLOPS
Núcleos: 1,572,480

Proveedor: IBM
Ubicación: Laboratorio Nacional Lawrence Livermore, Estados Unidos

Sierra ofrece hasta 6 veces el rendimiento sostenido y 7 veces el rendimiento de carga de trabajo de su predecesora Sequoia. Combina dos tipos de chips de procesador: procesadores Power 9 de IBM y GPUs Volta de NVIDIA.

Sierra está diseñada específicamente para evaluar el rendimiento de sistemas de armas nucleares. Se usa para aplicaciones predictivas en custodia del arsenal, el programa de EE. UU. de pruebas de fiabilidad y mantenimiento de armas nucleares sin pruebas nucleares.

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1. Summit

Crédito de imagen: ORNL

Velocidad: 148.6 petaFLOPS
Núcleos: 2,414,592

Proveedor: IBM
Ubicación: Laboratorio Nacional Oak Ridge, Estados Unidos

Summit puede entregar 200 petaFLOPS en su punto máximo. Esto equivale a 200 cuatrillones de operaciones de punto flotante por segundo.

También es la tercera supercomputadora más eficiente energéticamente del mundo, con una eficiencia energética registrada de 14.66 gigaFLOPS por vatio.

Los 4,600+ servidores de Summit, que ocupan el tamaño de dos canchas de baloncesto, albergan más de 9,200 procesadores IBM Power9 y más de 27,600 GPUs NVIDIA Tesla V100. El sistema está conectado por 185 millas de cable de fibra óptica, y consume suficiente energía para alimentar 8,100 hogares.

En 2018, Summit se convirtió en la primera supercomputadora en romper la barrera del exascale. Al analizar datos genómicos, alcanzó un rendimiento máximo de 1.88 exaops, que son casi 2 billones de billones de cálculos por segundo.

Estados Unidos apunta a desarrollar un ecosistema de computación exascale completamente capaz para estudios científicos para el próximo año, y Summit es un paso hacia eso.

1. Fugaku

Velocidad: 442 petaFLOPS
Núcleos: 7,630,848

Proveedor: Fujitsu
Ubicación: Centro de Ciencias Computacionales RIKEN, Japón

Con un rendimiento teórico máximo de 537 petaFLOPs, Fugaku es la supercomputadora más rápida del mundo. También es la primera supercomputadora mejor clasificada en ser impulsada por procesadores ARM.

Según el benchmark HPCG, el rendimiento de Fugaku supera el rendimiento combinado de las siguientes cuatro supercomputadoras principales del mundo.

Es un gran logro para el gobierno japonés, pero diseñar un sistema tan potente no fue barato. Desde 2014, el gobierno ha gastado aproximadamente $1 mil millones en I+D, adquisiciones y desarrollo de aplicaciones del proyecto.

Fugaku ejecuta dos sistemas operativos lado a lado: Linux y un "OS multi-kernel ligero" llamado IHK/McKernel. Linux maneja servicios compatibles con Portable Operating System Interface (POSIX), mientras que McKernel ejecuta simulaciones de alto rendimiento.

Está diseñado para abordar problemas sociales y científicos de alta prioridad, como pronóstico meteorológico, desarrollo de energía limpia, descubrimiento de fármacos, medicina personalizada y exploración de las leyes de la mecánica cuántica.

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Preguntas Frecuentes

¿Qué software ejecutan las supercomputadoras?

Casi todas las supercomputadoras modernas usan el sistema operativo Linux. La razón principal es la naturaleza de código abierto de Linux.

Dado que las supercomputadoras están diseñadas para propósitos específicos, requieren un SO personalizado optimizado para esos requisitos específicos. Resulta que desarrollar y mantener sistemas operativos propietarios de código cerrado es un proceso mucho más costoso y que consume tiempo.

Linux, por otro lado, es gratuito, fiable y fácil de personalizar. Los desarrolladores pueden configurar o crear versiones separadas de Linux para cada una de las supercomputadoras.

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¿Quién usa una supercomputadora?

Las supercomputadoras son usadas principalmente por científicos e investigadores para realizar tareas computacionalmente intensivas en diversos campos, incluyendo:

• Investigación aerodinámica y pronóstico meteorológico
• Prueba de la fortaleza del cifrado
• Simulación de dinámica molecular
• Finanzas e investigación de mercado
• Simulaciones de pruebas nucleares 3D
• Descubrimiento de fármacos
• Investigación espacial

¿Qué país tiene más supercomputadoras?

A partir de 2021, China tiene 188 de las 500 supercomputadoras de mayor rendimiento del mundo. Estados Unidos tiene 122 y Japón tiene 34 supercomputadoras. Juntos, los dos países principales representan el 62% de las máquinas de supercomputación más potentes del mundo.

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¿Cuál es el futuro de las supercomputadoras?

Según el informe de Technavio, el mercado global de supercomputadoras crecerá en $12.5 mil millones entre 2021 y 2025, progresando a una CAGR del 20% durante el período de pronóstico.

El uso creciente de inteligencia artificial, aprendizaje automático y tecnología en la nube es la razón principal detrás de este crecimiento. La necesidad de modelos altamente sofisticados para lidiar con problemas complejos de física, química y medio ambiente puede acelerar aún más el crecimiento.

En definitiva, con aplicaciones sofisticadas en aumento en el futuro próximo, la demanda de supercomputadoras aumentará consecuentemente. Se espera que las entidades gubernamentales sean los usuarios finales que generen mayores ingresos.