AÑO DE LA UNIVERSALIZACIÓN DE

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“AÑO DE LA UNIVERSALIZACIÓN DE
LA SALUD” 
Tema: La Supercomputadoras.
Curso: Lenguaje de Programación III
Facultad: Ing. De Sistemas e informáticas.
Profesor: Ing. Roque Pizango Tapullima.
Institución: Universidad Nacional de la Amazonia Peruana
Alumno:
· Obregón Ríos Jhunior Isaías
Iquitos-Perú
2020
INDICE
LA SUPERCOMPUTADORA.	3
HISTORIA.	4
SISTEMA DE ENFRIAMIENTO.	5
PARA QUÉ SIRVEN LAS SUPERCOMPUTADORAS.	6
CARATERISTICAS.	6
PRINCIPALES USOS.	7
PRINCIPALES PAÍSES DONDE HAY UNA SUPERCOMPUTADORA.	7
LAS 6 MEJORES SUPERCOMPUTADORAS 2020.	8
1.	SUMMIT – por IBM, DOE/SC/Oak Ridge National Laboratory [Estados Unidos]	8
2.	SIERRA – por IBM, DOE/NNSA/LLNL [Estados Unidos]	10
3.	SUNWAY TAIHULIGHT – por NRCPC, National Supercomputing Center en Wuxi [China]	10
4.	TIANHE-2A – Por NUDT, National Super Computer Center en Guangzhou [China]	11
5.	FRONTERA – Por Dell EMC Texas Advanced Computing Center/Univ. of Texas [Estados Unidos]	12
6.	PIZ DAINT – por Cray Inc., Swiss National Supercomputing Centre (CSCS) [Suiza]	13
EVOLUCIÓN DEL NÚMERO DE SUPERCOMPUTADORAS EN EL TOP500.	14
BIBLIOGRAFÍA.	15
LA SUPERCOMPUTADORA.
Las supercomputadoras son equipos de procesamiento informático de alto rendimiento. Se caracterizan por tener una potencia y capacidad de cálculo / procesamiento de datos que es cientos o miles de veces más rápida que cualquier computadora personal, notebook o equipo PC similar.
A diferencia de los equipos de informática personales, las supercomputadoras son equipos de computación que tienen dentro de su hardware cientos o miles de procesadores (CPU), los cuales trabajan de forma organizada y en conjunto para procesar los llamados big data. Estos datos son analizados, alterados y usados para una infinidad de trabajos tanto en los ámbitos de la educación, militar, gubernamental, así como en investigaciones privadas.
HISTORIA.
Las supercomputadoras fueron introducidas en la década de 1970 y fueron diseñadas principalmente por Seymour Cray en la compañía Control Data Corporation (CDC), la cual dominó el mercado durante esa época, hasta que Cray dejó CDC para formar su propia empresa, Cray Research. En los años ochenta un gran número de empresas competidoras entraron al mercado en paralelo con la creación del mercado de los minicomputadores una década antes, pero muchas de ellas desaparecieron a mediados de los años noventa. El término está en constante flujo. Las supercomputadoras de hoy tienden a convertirse en las computadoras ordinarias del mañana. Las primeras máquinas de CDC fueron simplemente procesadores escalares muy rápidas, y muchos de los nuevos competidores desarrollaron sus propios procesadores escalares a un bajo precio para poder penetrar en el mercado.
De principio a mediados de los años ochenta se vieron máquinas con un modesto número de procesadores vectoriales trabajando en paralelo, lo cual se convirtió en un estándar. En la última parte de los años ochenta y principios de los noventa, la atención cambió de procesadores vectoriales a sistemas de procesadores masivamente paralelos con miles de CPU «ordinarios». En la actualidad, diseños paralelos están basados en microprocesadores de clase servidor que están disponibles actualmente (2011). Ejemplos de tales procesadores son PowerPC, Opteron o Xeon, y la mayoría de los superordenadores modernos son hoy en día clústeres de computadores altamente afinadas usando procesadores comunes combinados con interconexiones especiales.
Hasta ahora el uso y generación de las mismas se ha limitado a organismos militares, gubernamentales, académicos o empresariales.
Como ejemplo, se encuentra la supercomputadora IBM Roadrunner; científicos de IBM y del laboratorio de Los Álamos trabajaron seis años en la tecnología de la computadora. Algunos elementos de Roadrunner tienen como antecedentes videojuegos populares. Sin embargo, Roadrunner difícilmente pueda asemejarse a un videojuego. El sistema de interconexión ocupa 557 m² de espacio. Cuenta con 91,7 km de fibra óptica y pesa 226,8 t. La supercomputadora está en el laboratorio de investigaciones de IBM en Poughkeepsie, Nueva York y fue trasladada en julio del 2008 al Laboratorio Nacional Los Álamos, en Nuevo México
Japón creó la primera supercomputadora petaflops la MDGrape-3, pero solo de propósitos particulares, luego IBM de USA creó los correcaminos, también de 1 petaflops, China la Milky Way One de 1,2 petaflops y Cray de EE.UU. la Jaguar de 1,7 ó 1,8 petaflop, que es al final del año 2009 la más rápida. La supercomputadora más rápida a fines del 2010 era la china Tianhe 1A con máximas de velocidad de 2,5 petaflops.
SISTEMA DE ENFRIAMIENTO.
Muchas de las CPUs usadas en los supercomputadores de hoy disipan 10 veces más calor que un disco de estufa común. Algunos diseños necesitan enfriar los múltiples CPUs a –85 °C (–185 °F).
El consumo promedio de un supercomputador dentro de la lista de los 500 supercomputadores más rápidos del mundo es de alrededor de 257 kW.
Para el supercomputador Aquasar, que será instalado en el Instituto Tecnológico Federal Suizo (ETH), se utilizará un nuevo diseño de enfriamiento líquido. Se necesitarán 10 litros de agua que fluirán a una tasa de 29,5 litros por minuto.
Una de las innovaciones en este diseño es que normalmente los sistemas de enfriamiento aíslan el líquido de la CPU y la transmisión de calor se da a través de convección desde la cubierta metálica de la CPU a través de un adaptador generalmente de cobre u otro material térmicamente conductivo. La innovación consiste en un nuevo diseño en el cual llega el agua directamente a la CPU mediante tubos capilares de manera que la transmisión de calor es más eficiente.
PARA QUÉ SIRVEN LAS SUPERCOMPUTADORAS.
Se suelen utilizar, como ya mencionamos antes, en investigaciones de índole científica. Fueron utilizadas para este tipo de cosas durante años, pero en los últimos tiempos las supercomputadoras se están utilizando para otras cosas adicionales gracias a su fantástico poder de procesamiento de datos.
Así es que las supercomputadoras se utilizan hoy en día en:
· Investigaciones militares de los gobiernos del primer mundo, como simulaciones de detonaciones nucleares, armamento biológico, etc.
· Estudios del espacio y el universo, ideales por la gran amplitud e infinidad del cosmos.
· Estudio y predicción del clima a largo plazo en todo el mundo, se utiliza para analizar patrones, buscar orígenes y predecir a futuro como estará el día.
· Análisis y estudio de datos en ámbitos académicos y privados, como Universidades o empresas como Google, Amazon, etc.
CARATERISTICAS.
Las principales son:
· Velocidad de procesamiento: miles de millones de instrucciones de coma flotante por segundo.
· Usuarios a la vez: hasta miles, en entorno de redes amplias.
· Tamaño: requieren instalaciones especiales y aire acondicionado industrial.
· Dificultad de uso: solo para especialistas.
· Clientes usuales: grandes centros de investigación.
· Penetración social: prácticamente nula.
· Impacto social: muy importante en el ámbito de la investigación, ya que provee cálculos a alta velocidad de procesamiento, permitiendo, por ejemplo, calcular en secuencia el genoma humano, número π, desarrollar cálculos de problemas físicos dejando un margen de error muy bajo, etc.
· Parques instalados: menos de un millar en todo el mundo.
· Hardware: Principal funcionamiento operativo
PRINCIPALES USOS.
Las supercomputadoras se utilizan para abordar problemas muy complejos o que no pueden realizarse en el mundo físico bien, ya sea porque son peligrosos, involucran cosas increíblemente pequeñas o increíblemente grandes. A continuación, damos algunos ejemplos:
· Mediante el uso de supercomputadoras, los investigadores modelan el clima pasado y el clima actual y predicen el clima futuro.
· Los científicos que investigan el espacio exterior y sus propiedades utilizan las supercomputadoras para simular los interiores estelares, simular la evolución estelar de las estrellas (eventos de supernova, colapso de nubes moleculares,etc.), realizar simulaciones cosmológicas y modelar el clima espacial.
· Los científicos usan supercomputadoras para simular de qué manera un tsunami podría afectar una determinada costa o ciudad.
· Las supercomputadoras se utilizan para probar la aerodinámica de los más recientes aviones militares.
· Las supercomputadoras se están utilizando para modelar cómo se doblan las proteínas y cómo ese plegamiento puede afectar a la gente que sufre la enfermedad de Alzheimer, la fibrosis quística y muchos tipos de cáncer.
· Las supercomputadoras se utilizan para modelar explosiones nucleares, limitando la necesidad de verdaderas pruebas nucleares.
PRINCIPALES PAÍSES DONDE HAY UNA SUPERCOMPUTADORA.
En junio de 2019 veinticuatro países mantenían en funcionamiento 495 superordenadores:
· En Asia 267.
· En América 131.
· En Europa 101.
· En Oceanía 5.
· En África 3.
LAS 6 MEJORES SUPERCOMPUTADORAS 2020.
1. SUMMIT – por IBM, DOE/SC/Oak Ridge National Laboratory [Estados Unidos]
El supercomputador más potente del mundo en la actualidad es Summit, construido por IBM para el Oak Ridge National Laboratory de Tennessee, perteneciente al Departamento de Energía de EEUU. Ocupa el equivalente a dos canchas de baloncesto y alcanza unos impresionantes 148,6 petaflops, gracias a sus 2,41 millones de núcleos.
Además de su gran capacidad, Summit es también la máquina con mayor eficiencia energética en el top 10 de la supercomputación mundial. Su misión es la investigación científica civil, y desde su entrada en funcionamiento en 2018 ya ha participado en proyectos como la búsqueda de variantes genéticas en la población relacionadas con enfermedades, la simulación de terremotos en entornos urbanos, el estudio de fenómenos climáticos extremos, el estudio de materiales a escala atómica o la explosión de supernovas, entre otros.
COMPUTACIÓN HETEROGÉNEA.
La Computación heterogénea se refiere a sistemas que usan más de un tipo procesador. Estos son sistemas que ganan en rendimiento no justo por añadir el mismo tipo de procesadores, sino por añadir procesadores distintos.
Normalmente, incorporando capacidades de procesado especializadas para realizar tareas particulares. Normalmente la heterogeneidad en el contexto de la computación hace referencia a diferentes arquitecturas de conjuntos de instrucciones (ISA), donde el procesador principal tiene uno y el resto tienen otro. Normalmente una arquitectura muy diferente (quizás más de una), no solamente una micro arquitectura diferente (el procesamiento de números de coma flotante es un caso especial no siempre heterogéneo). Por ejemplo, el ARM big.LITTLE es una excepción donde las ISAs de los núcleos son iguales y la heterogeneidad se refiere a la velocidad de diferentes micro arquitecturas de la misma ISA, siendo más bien un sistema de multiprocesado simétrico (SMP).
El nivel de heterogeneidad en sistemas de computación moderna aumenta gradualmente y se incrementa en el área de los chips. El avance de las tecnologías de fabricación permite que los antiguos componentes se integren como partes de un system-on-chip, o SoC. Por ejemplo, muchos procesadores nuevos ahora incluyen una lógica integrada para interactuar con otros dispositivos (SATA, PCI, Ethernet, USB, RFID, Radios, UARTs, y controladores de memoria), así como unidades funcionales programables y aceleradores de hardware (GPUs, criptografía co-procesadores, procesadores de red programables, codificadores/descodificadores A/V, etc.).
RETOS EN LA COMPUTACIÓN HETEROGÉNEA
· ISA O arquitectura de conjunto de las instrucciones
Los elementos de cómputo pueden tener arquitecturas de conjunto de instrucciones diferentes, llevando a una incompatibilidad binaria.
· ABI o aplicación interfaz binaria
Los elementos de cómputo pueden interpretar la memoria de manera diferente. Esto puede incluir tanto endianness, convención de llamada y diseño de memoria, y depende tanto de la arquitectura como del compilador utilizado.
· API O interfaz de programación de aplicaciones
Las librerías y los servicios del sistema operativo pueden no estar disponibles de forma uniforme para todos los elementos de cómputo. 
· Implementación de Bajo-Nivel de las características del Lenguaje
Características del lenguaje tales como funciones e hilos de ejecución, a menudo se implementan utilizando punteros a función, un mecanismo qué requiere abstracción o traducción adicionales cuando se utilizan en entornos heterogéneos.
· Interfaz de memoria y Jerarquía
Los elementos de cómputo pueden tener diferentes estructuras de caché, protocolos de coherencia de caché, y el acceso a la memoria puede ser uniforme o no (NUMA). Se pueden encontrar diferencias en la habilidad para leer datos de longitud arbitraria. Algunos procesadores pueden realizar accesos de un byte de tamaño, de una palabra o en masa.
DISEÑO
Cada nodo tiene más de 600GB de memoria coherente (gran ancho de banda + DDR4 SDRAM) direccionable por todas las CPUs y GPUs más 800GB de RAM no volátil, que puede ser utilizada como búfer o memoria extendida.
Las CPUs Power9 y Volta GPUs están conectadas mediante el protocolo de alta velocidad NVLink de NVIDIA. Esto permite un modelo de Computación Heterogénea.
2. SIERRA – por IBM, DOE/NNSA/LLNL [Estados Unidos]
La compañía IBM es también responsable del segundo supercomputador más potente de la lista, Sierra, situado en el Lawrence Livermore National Laboratory de California. Basado en un hardware similar a Summit, Sierra alcanza los 94,6 petaflops. 
A diferencia de su hermano mayor, Sierra está dedicado a la investigación militar, más concretamente a la simulación de armas nucleares en sustitución de las pruebas subterráneas, por lo que sus estudios son material clasificado.
Sierra es muy similar en arquitectura a la supercomputadora Summit construida para el Laboratorio Nacional de Oak Ridge . El sistema Sierra utiliza CPU IBM POWER9 junto con GPU Nvidia Tesla V100.
3. SUNWAY TAIHULIGHT – por NRCPC, National Supercomputing Center en Wuxi [China]
Hasta la entrada en servicio de Summit y Sierra en 2018, China ocupaba el primer puesto de la supercomputación mundial con TaihuLight, una máquina construida por el Centro Nacional de Investigación de Ingeniería y Tecnología de Computación Paralela e instalada en el Centro Nacional de Supercomputación en Wuxi. A diferencia de otras máquinas de su calibre, carece de chips aceleradores, por lo que sus 93 petaflops dependen de sus más de 10 millones de procesadores chinos Sunway.
TaihuLight es en cierto modo un producto de la guerra comercial entre China y EEUU, ya que en su construcción se ha prescindido por completo de tecnología estadounidense, en respuesta a las restricciones impuestas por EEUU. Este supercomputador ha participado en investigaciones como la simulación del nacimiento y expansión del universo utilizando 10 billones de partículas digitales.
ARQUITECTURA.
El Sunway TaihuLight utiliza un total de 40.960 procesadores RISC SW26010 multinúcleo de 64-bit, el cual es un diseño chino basado en la arquitectura ShenWei. Cada chip de procesador contiene 256 núcleos de procesamiento de propósito general y 4 núcleos auxiliares adicionales para la administración del sistema, para un total de 10.649.600 núcleos de CPU.
Los núcleos presentan 1 kb de memoria scratchpad para datos y 12 kB para instrucciones, y se comunican vía una red en un chip, en vez de tener un cache de jerarquía tradicional similar a las arquitecturas como el microprocesador Cell y Adapteva Epifanía.
SISTEMA OPERATIVO.
El sistema corre en su propio sistema operativo, Raise OS 2.0.5, el cual está basado en Linux. El sistema tiene su propia aplicación personalizada de OpenACC 2.0 para ayudar a la paralelización del código.
DATOS TÉCNICOS.
· Memoria: 1.310 TiB
· Número de procesadores: 40960 procesadores, con 10.649.600 núcleos
· Conjunto de Instrucciones: Sunway SW26010 260C 1,45GHz de 64-bit RISC con 260 núcleos
· Números de Núcleos: 10649600.
4. TIANHE-2A – Por NUDT, National Super Computer Center en Guangzhou [China]
China tambiénretiene el cuarto puesto del ránking con Tianhe-2A, o Vía Láctea 2A, desarrollado por la Universidad Nacional de Tecnología de Defensa y equipado con procesadores Intel Xeon para alcanzar los 61,4 petaflops. Según sus operadores, la máquina se destina a computaciones relacionadas con la seguridad gubernamental, entre otras cosas.
INFORMACIÓN
Tipo: supercomputadora
Ubicación: Guangzho, República Popular China
DATOS TÉCNICOS
Memoria: 1.375 TiB.
Numero de procesadores: 32.000 Intel Xeon IvyBridge E5-2692 48.000 Intel Xeon Phi 31S1P.
Conjunto de instrucciones: Intel Xeon de doce núcleos.
Numero de núcleos: 3.120.000 núcleos.
5. FRONTERA – Por Dell EMC Texas Advanced Computing Center/Univ. of Texas [Estados Unidos]
El Centro de Computación Avanzada de la Universidad de Texas en Austin ha entrado en el top 10 de la supercomputación mundial gracias a Frontera, un nuevo sistema construido por Dell y equipado por Intel. Frontera ha sido presentado en sociedad en septiembre de 2019, como el supercomputador más rápido del mundo situado en una universidad. Desde junio ya colabora con tres docenas de equipos científicos en investigaciones relacionadas con la física de los agujeros negros, la mecánica cuántica, el diseño de fármacos o los modelos climáticos. Sus 23,5 petaflops estarán a disposición de la comunidad científica, que se beneficiará de su capacidad de computación sobre todo en las áreas de la astrofísica, ciencia de materiales, energía, genómica y modelado de desastres naturales.
SISTEMA DE CÓMPUTO PRIMARIO
El sistema informático primario fue proporcionado por Dell EMC y alimentado por procesadores Intel, interconectados por una interconexión Mellanox Infiniband HDR y HDR-100. El sistema tiene 8,008 nodos de cómputo disponibles.
La configuración de cada nodo de proceso se describe a continuación:
Procesadores: Intel Xeon Platinum 8280 ("Cascade Lake")
Número de núcleos: 28 por zócalo, 56 por nodo.
Velocidad de reloj: 2.7Ghz ("Frecuencia base")
Rendimiento del nodo "pico": 4.8TF, doble precisión
Memoria: memoria DDR-4, 192 GB / nodo
Disco local: unidad SSD de 480 GB
Red: Mellanox InfiniBand, HDR-100
SUBSISTEMAS
SISTEMA SUMERGIDO LÍQUIDO
Procesadores: Intel (R) Xeon (R) CPU E5-2620 v4 @ 2.10GHz
Número de núcleos: 16 por socket, 32 por nodo
GPU: 360 GPU NVIDIA Quadro RTX 5000, 4 GPU por nodo
Memoria: DDR4 Sincrónica 2400 MHz, 128GB / nodo
Sistema de enfriamiento: GRC ICE ICEraQ ™
Disco local: de 240 GB SSD
Red: Mellanox InfiniBand, FDR
Máximo rendimiento: 4PF precisión simple
LARGO DE CUERNO
Procesadores: Sistema alojado por IBM POWER9 con 448 GPU NVIDIA
V100
Memoria: 256 GB por nodo (4 nodos con 512 GB por nodo)
Almacenamiento: 5 petabytes de sistema
Red: red Infiniband EDR
6. PIZ DAINT – por Cray Inc., Swiss National Supercomputing Centre (CSCS) [Suiza]
El sistema más potente de Europa aparece en el sexto puesto de la lista. Piz Daint es un supercomputador con nombre de montaña alpina —cuya imagen aparece desplegada en su carcasa— situado en el Centro Nacional de Supercomputación de Suiza en Lugano. Se trata de una mejora de un sistema construido por la compañía estadounidense Cray, fundada por el padre de la supercomputación Seymour Cray y responsable de varias de las máquinas más potentes del mundo. Sus procesadores Intel y NVIDIA le confieren una velocidad de 21,2 petaflops. Piz Daint participa en numerosas investigaciones en ciencia de materiales, física, geofísica, ciencias de la vida, climatología y ciencia de datos.
INFORMACIÓN.
Activo: 2012 – Presente (actualizado en noviembre de 2016)
Ubicación: Centro Nacional Suizo de Supercomputadores
Arquitectura: Intel Xeon E5 – 26xx (varios), Nvidia Tesla P100
8Poder: 2.272 MW
Sistema Operativa: Linux (CLE)
Almacenamiento: 8.7 PB
Velocidad: 25.326 petaflops (LINPACK)
Clasificación: TOP500: 6, a partir de junio de 2018.
EVOLUCIÓN DEL NÚMERO DE SUPERCOMPUTADORAS EN EL TOP500.
BIBLIOGRAFÍA.
https://es.wikipedia.org/wiki/Supercomputadora#:~:text=Al%20a%C3%B1o%202019%2C%20los%20superordenadores,encuentra%20en%20el%20ranking%20TOP500.
https://www.locurainformaticadigital.com/2018/02/06/las-supercomputadoras-concepto-usos/
https://www.bbvaopenmind.com/tecnologia/innovacion/el-top-10-de-los-supercomputadores-los-nuevos-gigantes-cientificos/
https://retina.elpais.com/retina/2020/06/22/innovacion/1592824062_713254.html#:~:text=El%20superordenador%20m%C3%A1s%20potente%20del,de%20siete%20millones%20de%20n%C3%BAcleos.
https://en.wikipedia.org/wiki/Sierra_(supercomputer)
https://www.slideshare.net/Elias71201/sper-computadora-y-su-aplicacin-56979941
https://recursosinforwrg.wordpress.com/super-computadoras-y-algunas-de-sus-caracteristicas/
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