SperComputadoras - Miguel Angel Arrieta Carpio

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UNIDAD PROFESIONAL INTERDISCIPLINARIA DE INGENIERIA Y CIENCIAS 
SOCIALES Y ADMINISTRATIVAS 
INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL 
Arquitectura y Organización de Computadoras 
 
SUPERCOMPUTADORAS 
“PIZ DAINT” y “K COMPUTER” 
 
Introducción.......................................................................................... 3 
 
Objetivo................................................................................................ 3 
 
Supercomputadoras…......................................................................... 3 
1. Piz daint....................................................................................... 5 
a. Origen................................................................................. 5 
b. Hardware ........................................................................... 6 
c. Sistema Operativo ............................................................. 6 
d. Utilidad …......................................................................... 10 
 
2. K Computer................................................................................ 15 
a. Origen…………………………............................................15 
b. Especificaciones de la Supercomputadora ......................16 
c. Utilidades...........................................................................18 
d. Auto-Protección y Rendimiento de la 
supercomputadora.............................................................19 
e. Frente al Mundo…............................................................20 
 
 
Conclusión...........................................................................................21 
Glosario................................................................................................22 
Biografía...............................................................................................23 
Cuestionario.........................................................................................24 
 
 
CONTENIDO 
 
Objetivo: 
Conocer sobre las supercomputadoras entrando en detalle con dos 
ejemplos de ellas, de las cuales se explicará a detalle su hardware, 
software, su propósito y como la materia pide su arquitectura y el 
cómo están organizadas. 
Que cualquier persona que lea este documento pueda entender de 
una forma clara lo que es una supercomputadora, por qué son 
importantes y su función en el mundo. 
 
Introducción: 
El mundo cambia cada día, por eso la tecnología está obligada a 
crecer a pasos agigantados, llevando a la creación de 
supercomputadoras, se puede imaginar que estas usan componentes 
muy extravagantes, y es cierto, las supercomputadoras usan 
componentes diseñados específicamente para esa computadora, pero 
las supercomputadoras también hacen uso de componentes que se 
encontrarían en un PC de sobremesa, solo que las 
supercomputadoras tienen estos componentes en cantidades 
enormes. Pero… 
 
¿Qué son las supercomputadoras? 
Son máquinas de cómputo dedicadas al procesamiento informático de 
alto rendimiento. Estos equipos se caracterizan por la potencia y la 
capacidad de cálculo y su procesamiento de datos que son miles de 
veces más rápidos que cualquier equipo PC. 
 
 4 
 
¿Por qué existen las supercomputadoras? 
Las supercomputadoras nacen para dar mayor capacidad de cálculo y 
procesamiento. Se utilizaban para propósitos de índole científica; Sin 
embargo, aunque algunas supercomputadoras siguen teniendo este 
propósito, y gracias al poder fantástico de procesamiento de datos 
otras se están utilizando para propósitos adicionales como: 
 Toma de decisiones en las empresas gracias a su IA. 
 Investigaciones gubernamentales y militares de primer mundo 
para la simulación de armamento, detonaciones, etc. 
 Para el estudio del planeta, universo, el espacio y la infinidad del 
cosmos. 
 Para predicciones del clima en todo el mundo. 
 Para el análisis y el estudio en el ámbito académico público o 
privado, como universidades o empresas. 
 
Ya conociendo la idea y concepto de las supercomputadoras a 
continuación se presentan 2 ejemplos de ellas: 
 
 5 
PIZ DAINT 
 
Suiza ha inaugurado el superordenador Piz Daint, que vuelve a 
colocar a Europa a la vanguardia de la supercomputación mundial, 
solo por detrás de China, Estados Unidos y Japón. Abril del 2013. 
Origen: 
Para los amantes de la montaña y de la naturaleza, el nombre de Piz 
Daint les recordará al famoso pico de los Alpes situado en el cantón de 
Graubünden. Sin embargo, esta denominación también alude a la 
supercomputación europea de vanguardia, pues Suiza ha renovado y 
ampliado las instalaciones del centro más importante del viejo 
continente. 
El supercomputador Piz Daint está situado en el Swiss National 
Supercomputing Centre (Centro Nacional de supercomputación en 
Suiza) es producto de un trabajo que lleva más de 5 años, y fue 
inaugurado en abril de 2013, fue fabricado por Cray.Inc, y sin duda 
alguna es considerada la mejor supercomputadora de Europa. 
 
 
 6 
Características: 
Piz Daint tiene una potencia de cálculo de 7.8 
PFlops, lo que significa 7.8 cuatrillones de 
operaciones matemáticas por segundo. Piz Daint 
puede computar en un día más de lo que una 
computadora portátil moderna podría computar 
en 900 años. 
 
En el planeta el 98,8% de las supercomputadoras utilizan Linux como 
su sistema operativo y la PIZ DAINT no es la excepción ya que esta 
cuenta con el sistema operativo es Cray Linux Environment, una 
distribución propiedad de Cray.Inc, fabricantes del Piz Daint. 
 
 
 
 
Esta supercomputadora es un sistema Cray XC30 de 28 
gabinetes con un total de 5'272 nodos de cómputo. Los nodos 
informáticos están equipados con una CPU Intel SandyBridge 
de 8 núcleos y 64 bits (Intel® Xeon® E5-2670), un NVIDIA® 
Tesla® K20X con 6 GB de memoria GDDR5 y 32 GB de 
memoria de host. Los nodos están conectados por la 
interconexión propietaria "Aries" de Cray, con una topología de 
red de libélula. 
 
 
 
 7 
 
Especificaciones de la Supercomputadora: 
 
Modelo Cray xc30 
Nodos de cómputo (un Intel® 
Xeon® E5-2670 y un 
NVIDIA® Tesla® K20X) 
5'272 
Pico teórico de rendimiento 
de punto flotante por nodo 
166.4 Gigaflops (Intel® Xeon® 
E5-2670) 1311.0 Gigaflops 
(NVIDIA® Tesla® K20X) 
Máximo rendimiento teórico 7.787 petaflops 
Capacidad de memoria por 
nodo 
32 GB (DDR3-1600) 6 GB sin 
ECC (GDDR5) 
Ancho de banda de memoria 
por nodo 
51.2 GB / s DDR3 250.0 GB / s 
sin ECC GDDR5 
Memoria total del sistema 169 TB DDR3 32 TB no ECC 
GDDR5 
Configuración de 
interconexión 
Aries enrutamiento y 
comunicaciones ASIC y 
topología de red Dragonfly 
Ancho de banda de bisección 
de red pico 
33 TB / s 
Capacidad de 
almacenamiento del sistema 
2.5 PB 
Sistema de archivos 
paralelos Pico rendimiento 
117 GiB / s 
 8 
Extensión “Piz Dora”: 
Luego de un año de actualizaciones y mejoras que incluyeron la 
multiplicación de su capacidad de cálculo. Donde en octubre del 2014 
llego su extensión Piz Dora. 
La extensión Piz Daint, Piz Dora, es una Cray XC40 con 1256 nodos 
informáticos, cada uno con dos CPU Intel Broadwell de 18 núcleos 
(Intel® Xeon® E5-2695 v4). Piz Dora tiene un total de 45'216 núcleos 
(36 núcleos por nodo) o 90'432 en total de núcleos virtuales (72 
núcleos virtuales por nodo) cuando está habilitado el hipervínculo 
(HT). Del total, 1192 nodos cuentan con 64 GB de RAM cada uno, 
mientras que los 64 nodos de cómputo restantes tienen 128 GB de 
RAM cada uno (nodos gruesos), accesibles bajo el bigmem de 
partición SLURM. 
Cray subió un video en YouTube donde muestra el proceso de las 
mejoras y actualizaciones de la supercomputadora, y donde se 
pueden apreciar sus componentes internos. En las siguientes capturas 
se muestra parte del video; 
 
 9 
 
Historial de actualizaciones: 
 Diciembre de 2012: Instalación de Cray XC30 Piz Daint. 
 Noviembre de 2013: actualización a una arquitectura híbrida y 
extensión de 12 a 28 gabinetes. Noviembre de 2016: Actualización de procesadores (CPU) y 
aceleradores (GPU) y combinación con la supercomputadora Piz 
Dora (Más información acerca de la actualización de Piz Daint ). 
 Octubre de 2018: extensión de la arquitectura híbrida por 2 
gabinetes XC50 (384 nodos de cómputo). 
 
Piz Daint es también el sistema más enérgicamente eficiente de todo 
el TOP 10, consumiendo un total de 2.33 MW y entregando una 
potencia de 2.7 Gflops/W. En relación a su antecesor, el Monte Rosa, 
el Piz Daint proporciona hasta 20 veces más rendimiento informático 
usando sólo dos veces y media más de energía eléctrica. Esto es más 
de 2.7 mil millones de operaciones computacionales por watt. 
 
 
 
 
 
 
 10 
Interconexión: 
La interconexión está realizada por Aires Interconnect y el sistema 
operativo es Cray Linux Environment, una distribución propiedad de 
Cray.Inc, fabricantes del Piz Daint. La cantidad de núcleos es 115.984 
y su sexto lugar en el ranking mundial pone a Europa como al seguidor 
de China y EEUU en cuanto a poder informático en un solo sistema. 
El superordenador utiliza placas gráficas Tesla K20 de Nvidia y los 
núcleos son de Xeon E5-2670 a 2.600Ghz. Potencia pura por parte del 
superordeandor bautizado en honor a las montañas de los Alpes 
Suizos. 
 
Utilidad: 
Maria Grazia Giuffreda, química informática del CSCS, manifestó a 
swisinfo.ch su agrado por la clasificación, pero advirtió que había que 
seguir adelante. 
 
“Ofrecemos una herramienta a nuestros científicos”, dijo. La 
computadora es utilizada principalmente por científicos de todo el 
país, especialmente del ETH de Zúrich. Lo más importante, agregó, 
es que “queremos tener un nivel de ciencia excepcional”. 
La supercomputadora, inicialmente financiada por el Estado suizo, 
tiene varias funciones. Además de la reciente simulación del 
universo, que ayudará a investigar la materia oscura, ‘Piz Daint’ 
también ha procesado datos sobre la humedad a lo largo de una 
década para crear modelos capaces de predecir futuros patrones de 
tormentas. 
 
Científicos de otras áreas han solicitado igualmente el empleo de 
máquinas semejantes para el procesamiento de datos que recreen 
los ambientes en los cuales se reproducen enfermedades como el 
Alzheimer y la fiebre del dengue. 
 
Para explicar la potencia de una máquina de más de 20 petaflop, 
Giuffreda señala que “lo que la ‘Piz Daint’ puede procesar en un día, 
lo que una computadora portátil estándar tardaría 900 años”. 
 11 
 
Algunas de las iniciativas que se pretenden del Piz Daint fueron las 
aplicaciones de la modelización y de la computación en la detección y 
prevención de terremotos. Como si se tratara de un Julio Verne 
moderno, el superordenador suizo nos ayuda a viajar al mismo centro 
del planeta Tierra. Podríamos simular cómo es el interior de la Tierra 
gracias a Piz Daint 
Y es que las ondas sísmicas actúan como si de una especie de 
"rayos X" se trataran. Generadas a partir de los temblores en un 
determinado punto de la Tierra, las ondas pueden viajar a través del 
manto y otras capas del planeta. Su velocidad, registrada mediante 
sismogramas, varía según viaja por los diferentes estratos de la 
superficie terrestre. 
De este modo, en función de los cambios de velocidad de estas ondas 
sísmicas, podemos inferir cómo es el interior de la Tierra. Aunque la 
observación del centro del planeta se haga de una manera indirecta, lo 
cierto es que la acumulación de tal cantidad de datos ha de ser 
gestionada y modelizada con un potente supercomputador. Y esa es 
precisamente la labor del Piz Daint europeo. 
 12 
El Piz Daint es la herramienta computacional de varios de los grandes 
proyectos científicos europeos 
Por ejemplo, algunos de los clústers de procesadores que conforman 
el Piz Daint están dedicados por completo a almacenar y gestionar el 
big data generado a diario en el LHC del CERN. El ultrarrápido 
supercomputador no se centra únicamente en la investigación sobre 
física de partículas y en la búsqueda del bosón de Higgs. 
Y es que algunas de sus unidades también se emplean de manera 
exclusiva en otras iniciativas de excelencia, como el propio Human 
Brain Project, que pretende modelar el cerebro. La bioinformática y 
las técnicas computacionales se han convertido, sin duda, en el tercer 
pilar de la investigación, apoyando la formulación de hipótesis y el 
análisis experimental. 
 
Gracias al uso de este potente supercomputador, los científicos 
pueden crear increíbles mapas tridimensionales con la distribución de 
las velocidades sísmicas en el interior del planeta. Así podemos 
predecir, por ejemplo, cuál será el movimiento de una determinada 
superficie al producirse un terremoto, lo que también ayuda en la 
propia planificación urbanística de las ciudades. 
 13 
Con la ayuda de geofísicos como Andreas Fitchner, del ETH de 
Zurich, estos datos son luego analizados para ofrecer las primeras 
evidencias de depósitos de petróleo o minerales de interés. Los 
investigadores del Swiss National Supercomputing Centre de Lugano 
utilizan este supercomputador, como si de un "Google Earth" especial 
se tratara. 
Otro de los retos científicos de la próxima década es, sin duda, el 
estudio del cambio climático. Con el objeto de simular cómo será el 
clima en Europa y predecir la formación de nubes, investigadores del 
ETH Zurich y del MeteoSchweiz han unido sus fuerzas, aprovechando 
el inmenso potencial de cálculo del Piz Daint, para así mejorar los 
estudios iniciales realizados con CPUs normales. 
 
Los efectos del cambio climático puede predecirse mediante la 
supercomputación 
 
La utilización del Piz Daint permite mejorar mucho la precisión de los 
mapas climatológicos realizados, sin que ello suponga un 
incremento demasiado elevado de los costes económicos asociados a 
estos proyectos. Gracias a la supercomputación, las predicciones 
metereológicas podrían afinarse mucho más. Asimismo, los 
investigadores suizos nos contaban que la simulación del clima en 
 14 
este tipo de superordenadores puede ayudarnos a anticipar el cambio 
climático y sus consecuencias. 
De momento, sus cálculos y simulaciones tratarán de modelar el 
clima de los últimos diez años. Si lo logran, implementarán esta 
metodología computacional para anticipar el clima del futuro. Por 
ejemplo, también se podrían predecir las consecuencias del cambio 
climático sobre las precipitaciones. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 15 
K Computer 
 
Historia: 
Una de las máquinas de cómputo más veloces del planeta se llama K 
Computer, vive en el campus del Instituto Avansado de Ciencias 
Computacionales ubicado en Riken, Japón. Fue fabricada por Fujitsu y 
es operada por una versión especial de Linux, y en 2011 rompío un 
récord de supercomputación al superar la barrera de los 10 petaflops 
durante la ejecución de una tarea que le llevó poco más de 29 horas. 
 
 
Un peta es un uno seguido de quince ceros (1015= 1 000 000 000 000 
000). Los flops son operaciones de “coma flotante" por segundo 
(aunque en México y otros países decimos punto flotante), es una 
unidad de medida que se ha convertido en estándar de facto en 
computación científica para medir el desempeño de 
supercomputadoras. 
 16 
 
 
En la práctica los flops suelen medirse con una prueba llamada 
LINPACK, que involucra el cálculo intensivo de operaciones de coma 
flotante, que es como se le llama a la representación de los números 
reales en la computadora. Entonces 10 petaflops son 1016 flops de 
poder de cómputo y K-Computer los alcanza por ver primera en la 
historia. 
 
Especificaciones de la Supercomputadora: 
 
 Cuenta con 705,024 cores (8 cores por procesador, 88,128 en 
total). Donde cada procesador es un SPARC64 VIIIfx a 2.0GHz. 
 
 
 
 17 
 Suman 10,589+06 Gigaflops de procesamiento. Esto es, 
aproximadamente 10,510 Petaflops. 
 
 
 
 
 
 18 
Utilidades: 
 Se utiliza para investigación científica: simulaciónde terremotos, 
simulación de interacciones atómicas, modelación del clima, 
investigación médica, investigación nuclear. Pero no es una 
inteligencia artificial, descubrimiento de fármacos, la ciencia 
espacial, la fabricación y el desarrollo de materiales. La K 
computer está disponible abiertamente para que la utilicen 
investigadores de todo el mundo. Muchos científicos e 
investigadores técnicos de institutos, universidades e industrias 
están utilizando actualmente la K computer. 
 
 La rápida velocidad de cálculo permite simulaciones de alta 
resolución que antes no eran posibles, lo que lleva a nuevos 
descubrimientos y la apertura de nuevos campos de 
investigación. Una simulación del corazón humano que había 
tardado dos años, por ejemplo, se logra en un solo día. Se 
espera que la obtención de simulaciones de corazón en poco 
tiempo contribuya al campo de la cardiología al obtener una 
comprensión más precisa de los mecanismos de la enfermedad 
cardíaca. Además, puede proporcionar un gran avance en el 
área del descubrimiento de fármacos. Estos son solo dos 
ejemplos de cómo se usa la K computer para iluminar nuestro 
futuro. 
 
 
 19 
 
Auto-Protección y Rendimiento de la 
supercomputadora: 
 
 No solo utiliza CPU de alta calidad, la red de K computer y las 
funciones de memoria también son de primera clase. Con una 
alta prioridad en la confiabilidad y la estabilidad, si hay algún 
componente de la CPU que no funciona correctamente, K 
computer está diseñada para omitir la CPU defectuosa, lo que le 
permite continuar los cálculos utilizando el resto de las CPU. Las 
partes defectuosas se reemplazan sin detener una operación de 
la K computer, muy al estilo de la tecnología Hot Swap que no es 
nada nueva 
 
 
 Todos los componentes de K computer, incluidas la fuente de 
alimentación y las instalaciones de refrigeración, así como el 
sistema en su conjunto, están diseñados para ser altamente 
eficientes energéticamente. En junio de 2011, cuando se 
clasificó por primera vez en la lista TOP500, K ocupó el sexto 
lugar en el ranking de eficiencia energética GREEN500, un 
resultado excelente para una supercomputadora a gran escala. 
Otras características de ahorro de energía incluyen la 
generación de energía solar, el uso de calor de los 
cogeneradores y la reutilización del agua de lluvia. 
 20 
 Frente al Mundo: 
 
Frente al mundo la K Computer demuestra que sin duda alguna es la 
supercomputadora con mejor rendimiento, logrando una velocidad 
realmente increíble. 
 
 
 
 
 
 21 
Conclusión 
 
 
Desde la primera tarjeta perforada en 1970 hasta nuestros días, 
podamos darnos cuenta de que la revolución tecnológica es ahora y 
que con ella vienen muchos progresos sobre otras especialidades, 
cambios de culturas y pensamientos. 
 
Actualmente la tecnología esta tan desarrollada que se encuentra en 
todo nuestro alrededor, desde el celular que portamos, hasta la forma 
en la que nos comunicamos y se hacen negocios hoy en día. 
 
Estas súper computadoras que hemos presentado son solo el inicio a 
una gran era de conocimiento y resolución de problemas que 
actualmente afectan a la humanidad, como pudimos darnos cuenta 
ahora las computadoras son utilizadas hasta para detectar 
enfermedades, fallas en medicamentos, creación de nuevos 
medicamentos, probabilidades en riesgos climáticos, y muchos más 
usos en pro de la humanidad. 
¿Será posible que en algún punto la tecnología rija sobre la 
humanidad? ¿Qué nos hace falta por imaginar de lo que es capaz el 
mundo de los ceros y unos? ¿Las computadoras logran la tan 
anhelada IA como en las películas? 
 
Tantas preguntas que nos surgen al concluir con esta investigación y 
en lo único que podemos concluir es “Solo es el comienzo de una gran 
era” 
 
 
 
 22 
Glosario 
 
PC: (Personal Computer) Es un tipo de microcomputadora diseñada 
en principio para ser utilizada por una sola persona. 
IA: (Inteligancia Artificial) Es la inteligencia llevado a cabo por 
máquinas. 
Cosmos: Orden y armonía universales 
Cantón: Unidad de división administrativa y territorial de algunos 
países; Esquina. 
Flops: (floating point operations per second) Un flop es utilizado para 
medir operaciones de punto flotante por segundo. Es una medida de la 
velocidad del procesamiento numérico del procesador. 
PetaFlops: Es una medida de la potencia de un ordenador. Equivale a 
1015 
(1.000.000.000.000.000) FLOPS, es decir, mil billones de FLOPS 
GigaFlops: Es una medida de la potencia de un ordenador. Equivale a 
109 
 (1.000.000.000) FLOPS, es decir, mil billones de FLOPS 
Nodo: Se refiere a una computadora sola que contiene recursos 
específicos, tales como memoria, interfaces de red, uno o más CPU, 
etc. 
Memoría distribuida: Cada uno de los procesadores de un 
multiprocesador tiene asociado a él una unidad de memoria. 
Proceso: Un proceso es básicamente un programa en ejecución. 
Cada proceso tiene asociado un espacio de direcciones, es decir una 
lista de posiciones de memoria desde algún mínimo hasta algún 
máximo que el proceso puede leer y escribir 
 
 23 
Bibliografía 
 https://www.locurainformaticadigital.com/2018/02/06/las-supercomputadoras-concepto-
usos/ 
 https://hipertextual.com/2011/11/k-computer-la-supercomputadora-mas-veloz-supera-
la-barrera-de-los-10-petaflops 
 https://www.top500.org/system/177232 
 https://www.r-ccs.riken.jp/en/k-computer/about/ 
 https://www.top500.org/system/177824 
 https://www.cscs.ch/computers/decommissioned/piz-daint-piz-dora/ 
 https://www.cscs.ch/computers/piz-daint/ 
 https://www.neoteo.com/piz-daint-el-superordenador-mas-rapido-de-europa/ 
 https://www.swissinfo.ch/spa/inform%C3%A1tica_supercomputadora-suiza-tercera-
m%C3%A1s-veloz-del-mundo/43273458 
 http://247tecno.com/supercomputadoras-caracteristicas-para-que-sirven/ 
 
 24 
Cuestionario 
 
 
1.-¿En que año K Computer fue considerada la supercomputadora 
más potente?
 a)2011 
 
b) 2012 
 
c) 2013 d) Ninguna 
de las 
anteriores
2.-¿Para qué se usan los Flops?
a) Para 
saber la 
capacidad de 
almacenamie
nto 
b) Para 
medir el 
desempeño 
del equipo 
c) Para 
saber 
el número de 
procesadore
s que tiene 
d) Para 
saber el 
tamaño del 
equipo
 
3.-¿Qué porcentaje de supercomputadoras usan Linux?
a) 50% b) 98.8% c) 95.8% d) 98.5%
 
4.-¿Donde se encuentra Piz Daint?
a) Rusia 
 
b) Italia 
 
c) Suiza 
 
d) Paises 
Bajo
5.-¿Donde se encuentra K Computer?
a) China b) Cora del 
Norte 
c) Corea del 
Sur 
d) Japón
 
 25 
6.-¿Cuál es el nombre de la extensión de Piz Daint?
a) Piz Dona 
 
b) Piz Tola 
 
c) Piz Dora 
 
d) Piz Foda 
 
7.-¿Cuanto vale un PetaFlops?
a) 1018 b) 1021 c) 109 d) 1015
 
8.-¿Quién fabricó la K Computer?
a) Fujitsu 
 
b) IBM 
 
c) Cray.Inc 
 
d) Silicon 
Graphics
9.-¿Quién fabricó Piz Daint?
a) Fujitsu 
 
b) IBM 
 
c) Cray.Inc 
 
d) Silicon 
Graphics
10.- ¿Usos Piz Daint?
a)Simulación 
del universo 
b) Para la 
iniciativa 
privada 
c)Simulación 
de 
interacciones 
atómicas 
d) Ninguna 
de las 
anteriores
 
11.-¿Cuál es un uso de Piz Daint? 
a)Simulación 
del universo 
 
b) Para la 
iniciativa 
privada 
c)Simulación 
de 
interacciones 
atómicas 
d) Ninguna 
de las 
anteriores