Los 6 superordenadores más potentes del mundo

En el mundo existen más de 1.000 superordenadores, que poseen más de 60 países. La mayoría se usan en labores científicas, pero por desgracia algunos han sido creados para desarrollar armas nucleares o acelerar el espionaje a ciudadanos, o a otros países. Vamos a ver cuáles son los superordenadores más potentes del mundo, y los comparamos con la referencia española, el MareNostrum.

Un superordenador es una computadora de alto rendimiento ciento de miles de veces más potente que un PC comercial. Esto le permite llevar a cabo una gran cantidad de tareas que requieren procesar miles de millones de datos por segundo. Desde predecir el clima a secuenciar el ADN de un virus, mejorar los tratamientos anticáncer, o buscar planetas entre los millones de lecturas electromagnéticas que capturan los telescopios.

La potencia de una supercomputadora es proporcional a su tamaño. La más potente del mundo, IBM Summit, ocupa más de 500 metros cuadrados y pesa 340.000 Kilos. Es este vídeo puedes verla con todo detalle:

Como hemos comentado, en el mundo hay algo más 1.000 superordenadores. La lista de referencia es Top500, que realiza benchmarks y compara especificaciones. Actualiza dos veces al año una lista con las 500 supercomputadoras más potentes. La última actualización fue en noviembre pasado.

En base a esta lista, vamos a echar un vistazo a los 6 superordenadores más potentes del mundo, explicando sus características, y para que se usan. Los vamos a comparar con el superordenador español más potente, el MareNostrum, que actualmente está en el puesto número 30 en la lista, y es el octavo más potente de Europa.

Los 6 superordenadores más potentes, y el MareNostrum

• Así funciona un superordenador
• MareNostrum
• Piz Daint
• Frontera
• Tianhe-2A
• Sunway TaihuLight
• IBM Sierra
• IBM Summit

Así funciona un superordenador

Para entender los datos que vamos a mostrar en esta lista, es importante saber cómo funciona una supercomputadora, y qué términos maneja.

Hemos explicado en la introducción que un hardware de este tipo es cientos de miles de veces más potente que un PC. Esto lo consigue, sencillamente, haciendo que docenas de miles de procesadores (CPUs) y chips gráficos (GPUs) trabajen en paralelo, como si fuesen uno solo.

Es la razón de que un supercomputador ocupe cientos de metros cuadrados: básicamente son docenas de miles de PCs, sin monitores ni periféricos, trabajando todos a la vez.

La unidad más básica de un supercomputador es el nodo de cómputo. Se trata de una carcasa, del tamaño similar a un PC, que contiene cierto número de CPUs y GPUs, cierta cantidad de memoria RAM y de almacenamiento, y trabaja de manera semiautónoma:

Por ejemplo el nodo del IBM Summit, el superordenador más potente del mundo, está compuesto por 2 procesadores IBM Power9 con 22 núcleos, seis chips gráficos NVIDIA Volta GV100, 600 GB de memoria RAM, y 800 GB de almacenamiento.

Un superordenador tiene miles de estos nodos, que se almacenan en racks, unos swtiches con capacidad para unos 20 nodos:

Son esa especie de armarios que se ven en todas las fotografias que adornan el artículo:

Gracias a la acumulación de nodos, una supercomputadora puede tener millones de núcleos de procesador y millones de GB de memoria. Su capacidad de cálculo se mide en Petaflops. Por ejemplo, el IBM Summit supera los 200 petaflops, es decir, 200.000 Teraflops. Para que te hagas una idea, una consola PS4 alcanza los 1,8 Teraflops, así que estamos hablando de un ordenador con una potencia de cálculo equivalente a más de 100.000 consolas PS4.

Un flops es una operación de punto flotante por segundo. Un tipo de cálculo cientifico que se usa en informática. Un petaflops son 10 elevado 15 flops, es decir 1.000.000.000.000.000 operaciones de punto flotante por segundo.

El Summit ejecuta 200.000.000.000.000.000 operaciones por segundo.

El Linpack Benchmark

Ya conocemos algunos datos que nos permiten comparar entre superordenadores: el número de núcleos y GPUs que tienen, la cantidad de memoria, o el rendimiento, medido en petaflops o teraflops.

Otro dato importante es el Linpack Benchmark. Se trata de una herramienta de cálculo de rendimiento que Top500 ha aplicado a todos los superordenadores. Esta herramienta ejecuta distinto tipo de software científico y de cálculos matemáticos, para descubrir la potencia real de las máquinas, más allá de las especificaciones.

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Ofrece una puntuación llamada Rmax, que recogemos en las tablas.

Ahora sí, es el momento de echar un vistazo a los 6 superordenadores más potentes del mundo, comparándolos con el MareNostrum.

MareNostrum

El superordenador español más potente es el MareNostrum, que mantiene el Barcelona Supercomputer Center, un consorcio público formado por el Ministerio de Ciencia e Información español, la Generalitat de Cataluña, la Universitat Politécnica de Catalunya y la Unión Europea.

Actualmente está en el puesto número 30 entre los más potentes del mundo, y es el octavo europeo.

El MareNostrum ha sufrido cuatro actualizaciones desde que en 2004 el Gobierno español e IBM firmaron un acuerdo para construirlo, con la participación de Lenovo. El MareNostrum 1 tenía una potencia de 42,5 teraflops, que hoy en día ya puede considerarse pequeña.

El MareNostrum 4, que comenzó a diseñarse en 2017, alcanza los 13,7 petaflops, es decir, 13,700 teraflops. Es 10 veces más potente que el MareNostrum 3, pero solo consume un 30% más. Con respecto al IBM Summit, que alcanza los 200.000 teraflops ,es unas 14 veces menos potente.

El MareNostrum 4 se divide en dos partes: un bloque de propósito general, y otro de tecnologías emergentes.

El bloque general está formado por nodos que contienen dos procesadores Intel Xeon Platinum de 24 núcleos. Posee 48 racks con 3.456 nodos conectados con la red de alta velocidad Omnipath. En total suma 165.888 núcleos y 390 TB de memoria RAM, con una potencia de 11,15 petaflops, es decir, 11.500 billones de operaciones por segundo. La capacidad de almacenamiento es de 14 petabytes, y utiliza discos SSD.

El bloque de tecnologías emergentes está formado por tres clústeres o secciones diferentes, pensados para aplicarse a diferentes áreas, como la inteligencia artificial o los análisis del Big Data.

• Un clúster formado por procesadores IBM Power9 y GPUs NVIDIA Volta GV100, el mismo hardware que usan las supercomputadores más potentes del mundo, IBM Summit e IBM Sierra. En total, 1,5 petaflops
• Clúster con procesadores Intel Knights Hill (0,5 Petaflops)
• Clúster con procesadores ARMv8, que utiliza el modelo japonés Post K (0,5 petaflops)

Ya está en marcha el desarrollo del MareNostrum 5, que alcanzará una potencia de 200 petaflops, igual que el IBM Summit, el más potente del mundo. Costará más de 100 millones de euros.

¿Para qué se utiliza?

El MareNostrum es un ordenador científico. Desde su construcción hace más de 10 años se ha empleado en ejecutar análisis de datos masivos en practicamente todas las disciplinas científicas, desde la astrofísica o la física de materiales, pasando por la biomedicina, la ingeniería y la industria.

El MareNostrum 4, gracias a su mayor potencia, ha podido llevar a cabo análisis más complejos relacionados con el cambio climático, las ondas gravitacionales, la vacuna contra el sida, nuevas terapias de radiación contra el cáncer y también simulaciones sobre la producción de energía de fusión, entre otros.

Piz Daint

El Piz Daint es el ordenador europeo más potente que existe, y el sexto del mundo. Debe su nombre a una montaña de los Alpes suizos. Está situado en el Centro Nacional de Supercomputación de Suiza.

Se fabricó en 2012, pero sufrió una ampliación muy importante en 2016. Fue creado por Cray Inc, una de las compañías pioneras en la fabricación de superordenadores, en los años 70.

Es un modelo híbrido que cuenta con dos tipos de nodos diferentes.

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El nodo XC50 consta de un procesador Intel Xeon E5-2690 con 12 núcleos a 2,6 GHz, y una GPU NVIDIA Tesla P100. Además, 64 GB de memoria RAM para la CPU, y 16 GB para la GPU. Hay 5.704 nodos de este tipo.

El nodo XC40 posee 2 CPUs Intel Xeon E5-2695 a 2.10GHz, con 18 núcleos cada una, y 128 GB de RAM. En total, 1813 nodos.

La capacidad de almacenamiento es de 8,8 Petabytes.

El Piz Daint alcanza una potencia de cálculo de 27,1 Petaflops, el doble que el MareNostrum 4.

¿Para qué se utiliza?

Piz Daint se ha utilizado para tareas tan ambiciosas como simular el comportamiento del Universo, con el objetivo de investigar la materia oscura. También ha procesado datos sobre la humedad a lo largo de una década para crear modelos capaces de predecir futuros patrones de tormentas.

Otros estudios revelados están relacionados con la investigación de enfermedades como el Alzheimer y la fiebre del dengue.

Frontera

El supercomputador Frontera es uno de los más nuevos que existen, pues se terminó de construir a mediados de 2019. Entró directamente en la quinta posición del ranking mundial, y ahí se mantiene.

Frontera está ubicado en la Universidad de Texas y es el ordenador más potente del mundo instalado en un campus universitario. Tuvo un coste de 60 millones de dólares.

Su configuración es algo más compleja que otros equipos similares. Se compone de un sistema principal que se dedica a operaciones de doble precisión (64 bits), y dos subsistemas para operaciones de precisión simple (32 bits).

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El sistema principal tiene 8.008 nodos, cada uno de ellos con 2 CPUs Intel Xeon Platinum 8280 con 28 núcleos a 2,7 GHz. Además, 192 GB de RAM y disco SSD de 480 GB.

Posee también un subsistema sumergido en líquido con 2 CPUs Intel Xeon E5-2620 de 16 núcleos a 2.10GHz, y 4 GPUs NVIDIA Quadro RTX 5000. Con 128 GB de memoria y SSD de 240 GB.

Finalmente un subsistema LongHorn con CPUs IBM POWER9 y GPUs NVIDIA V100, similar a los nodos de IBM Summit.

¿Para qué se utiliza?

Frontera es una supercomputadora completamente consagrada a la ciencia. Ha trabajado en casi todas las áreas del saber. Entre sus logros más destacados hay que destacar:

• Mejoras en el tratamiento del cáncer de cerebro
• Mejoras en el diseño de células fotovoltaicas
• Mejoras en el desarrollo de medicamentos usando inteligencia artificial
• Estudio de la fusión de estrellas en el espacio
• Estudios relacionados con las bacterias resistentes a los medicamentos
• Desarrollo de aviones supersónicos e hipersónicos

Actualmente Frontera se está usando para buscar una cura para el Covid-19.

Tianhe-2A

El Tianhe-2 fue, entre los años 2013 y 2015, el superordenador más potente del mundo. Hoy en día está en la cuarta posición, tras verse frenado su desarrollo por una sanción de Estados Unidos. Está ubicado en el Centro Nacional de Computación de Guangzou, en China.

Como vemos en la tabla tiene más núcleos que la mayoría, casi cinco millones, pero la velocidad de las CPU es algo menor que la competencia, por eso ya no está en el TOP 3.

Otros defectos es que consume mucho, nada menos que 18.000 kW, y que al parecer no es sencillo de programar. Científicos chinos que han trabajado con él reconocen que se puede tardar años en aprender a desarrollar código que funcione con este hardware. Utiliza un sistema operativo propio basado en Linux, llamado Kylin Linux. 

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Costó más del doble que el IBM Summit, 390 millones de dólares.

El Tianhe-2A tiene nada menos que 16.000 nodos, cada uno de ellos con 2 CPUs Intel Xeon E5-2692v2 (12 núcleos a 2.2 GHz) y 3 coprocesadores Intel Xeon Phi. Con 88 GB de memoria RAM.

En 2016, Estados Unidos impidió a Intel seguir suministrando chips para las supercomputadoras chinas, así que Tianhe-2A comenzó a usar aceleradores propios Matrix-2000, en lugar de los Intel Xeon Phi.

El Tianhe-2A alcanza una potencia de proceso teórica de 100 petaflops, la mitad que el IBM Summit.

¿Para qué se utiliza?

China mantiene en secreto para qué emplea este superordenador. Oficialmente se usa en simulaciones científicas, análisis de datos y aplicaciones de seguridad del gobierno chino.

Sunway TaihuLight

Ya hemos comentado que durante la ampliación del Tianhe-2, Estados Unidos se negó a seguir vendiendo hardware a China para montar sus superordenadores.

La respuesta china fue crear un superordenador con tecnología propia, el Sunway TaihuLight. Está en el Centro Nacional de Supercomputación de Wuxi. Desde su construcción en 2016, hasta 2018, fue el superordenador más potente del mundo. Hoy en día ha sido superado por el IBM Sierra y el IBM Summit.

Su principal característica es que dispone de hardware propio desarrollado en China, así que su arquitectura es diferente a la de los supercomputadores americanos.

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China es bastante hermética con su hardware. Sabemos que está compuesto por 40.960 procesadores RISC, llamados Sunway SW26010. Cada uno de ellos tiene nada menos que 260 núcleos, funcionando a 1,45 GHz. En total son más de 10 millones de núcleos, doblando a sus rivales.

Posee también más de 1,3 millones de GB de memoria RAM, para una potencia de cálculo de 125 petaflops, prácticamente igual que el IBM Sierra.

Otro dato importante es que el consumo está muy optimizado, con respecto a Tianhe-2A. Es casi el triple de potente, pero consume menos.

¿Para qué se utiliza?

El Sunway TaihuLight se ha utilizado para calcular simulaciones del movimiento de las olas de la superficie oceánica, así como de las microestructuras de aleación de titanio.

Es capaz de realizar pronósticos meteorológicos con una exactitud de nueve kilómetros cuadrados. Y ha llevado a cabo análisis de medidas de control de la polución atmosférica, la investigación médica y la tecnología de internet.

IBM Sierra

El IBM Sierra es el hermano gemelo del IBM Summit. Se construyeron a la vez, pero su propósito es completamente diferente. Mientras que el Summit se dedica a la ciencia, el iBM Sierra es un superordenador militar centrado en el desarrollo de armas nucleares.

Está ubicado en el Lawrence Livermore National Laboratory en California. Su hardware es casi idéntico al Summit, pero es casi la mitad de potente.

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Está formado por casi 4.700 nodos, cada uno con 2 CPUs IBM POWER9 de 22 núcleos a 3.1GHz, y 4 GPS NVIDIA Volta GV100. Cada nodo tiene 256 GB de memoria RAM para las CPUs, y 64 GB para las GPUs.

En total, posee más de 1.5 millones de núcleos, y más de 1,3 millones de GB de memoria. Su rendimiento es de unos 125 petaflops: casi 10 veces más potente que el MareNostrum, pero poco más de la mitad que el Summit.

¿Para qué se utiliza?

Como hemos comentado, el IBM Sierra es un ordenador militar. Su propósito es simular el rendimiento y el comportamiento de las armas nucleares de Estados Unidos, para mejorar su seguridad y predecir su impacto, si esas armas se utilizan.

Estados Unidos asegura que sirve para reforzar la no proliferación de armas nucleares y para combatir el contraterrorismo. Pero técnicamente es un ordenador para desarrollar armas nucleares.

A modo de consuelo, si eso es posible, gracias a este superordenador el ejército norteamericano ya no necesita hacer pruebas nucleares con bombas reales, como en décadas pasadas, porque esas explosiones se simulan en el superordenador. Gracias a su capacidad para predecir miles de millones de datos por segundo, se obtienen los mismo resultados que si la bomba se hubiese lanzado de verdad.

IBM Summit

Desde que se montó en 2018, IBM Summit es el superordenador más potente del mundo. Pertenece al Departamento de Energía de Estados Unidos y está ubicado en el Oak Ridge National Laboratory, en Tennessee. Costó más de 200 millones de dólares.

Como hemos comentado, la potencia de cálculo del IBM Summit alcanza los 200 petaflops. Si cada habitante de la Tierra pudiese llevar a cabo un cálculo cada segundo, tardarían 305 días en completar todos los cálculos que este superordenador hace en un segundo.

Dispone de 4.608 nodos cada uno de ellos con 2 CPUs IBM POWER9 de 22 núcleos a 3.07GHz, y 6 GPS NVIDIA Volta GV100 con 600 GB de RAM y 800 GB de almacenamiento.

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Los superordenadores están ganando importancia en nuestra vida cotidiana, gracias a su uso para procesar el Big Data, analizar enfermedades o estudiar la información que nos llega desde el espacio. Vamos a explicar cómo es por dentro IBM Summit, el superordenador más potente del mundo.

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Los nodos se conectan entre sí usando un sistema de doble raíl llamado Mellanox EDR Infiniband. Para conectar todas las componentes se usan 297 Kilómetros de fibra óptica. Eso es casi la distancia de Madrid a Zaragoza.

Como habrás imaginado, el consumo y el calor que generan los casi 2,5 millones de núcleos, y casi 3 millones de GB de memoria, es enorme. Consume casi 13.000 kW, y el sistema de refrigeración bombea 15.000 litros de agua por minuto.

¿Para qué se utiliza?

El IBM Summit, como el MareNostrum, es una supercomputadora asignada a la ciencia.  Se ha utilizado principalmente en análisis de datos relacionados con el espacio, el clima, la inteligencia artificial y la medicina.

Con una capacidad de proceso sin precedentes, es capaz de trabajar con simulaciones que exigen procesar miles de millones de datos por segundo. Se usa para predecir el clima, secuenciar el ADN de enfermedades, calcular cómo se extienden las epidemias o cómo afecta el cambio climático a las especies y los ecosistemas.