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Los superordenadores son la cúspide de la tecnología informática, capaces de procesar ingentes cantidades de datos y realizar cálculos complejos a gran velocidad. Estas máquinas de alto rendimiento se utilizan para una amplia gama de aplicaciones, desde la investigación científica a las simulaciones de seguridad nacional, el modelado climático, el dise?o industrial y la inteligencia artificial (IA).
La creciente demanda de grandes volúmenes de potencia informática basada en la nube está llevando las tecnologías de supercomputación a los centros de datos a hiperescala. Y la rápida adopción de la IA probablemente hará que se construyan más superordenadores en todo el mundo.
Por ejemplo, el gobierno británico acaba de anunciar planes para invertir 900 millones de libras en un nuevo superordenador que será uno de los más potentes de Europa para impulsar la investigación y la innovación en el Reino Unido sobre el uso potencial y seguro de la tecnología de IA.
El clúster constará de miles de unidades de procesamiento gráfico (GPU) para entrenar los grandes modelos de lenguaje (LLM) que impulsan la investigación y el desarrollo de la IA en la actualidad.
Por su parte, el Centro Internacional de Sistemas Neuromórficos (ICNS) de la Universidad de Sídney Occidental está construyendo lo que, según afirma, será el primer superordenador del mundo capaz de simular redes a la escala del cerebro humano.
El superordenador DeepSouth utilizará un sistema neuromórfico que imita los procesos biológicos y emula grandes redes de neuronas en espiga a 228 billones de operaciones sinápticas por segundo, lo que se aproxima al ritmo estimado de operaciones en el cerebro humano.
La plataforma se dise?ará para facilitar los avances en dispositivos inteligentes, como teléfonos móviles y sensores de Internet de las Cosas (IoT) para la fabricación y la agricultura, y crear aplicaciones de IA menos intensivas en energía y más inteligentes.
A medida que más países construyen superordenadores a gran escala con capacidad para apoyar el desarrollo de la IA, surge la pregunta de dónde están los superordenadores más rápidos del mundo y cuántos hay.
Definición de superordenador
Antes de profundizar en las cifras, es importante entender qué diferencia a un superordenador de un ordenador de alto rendimiento.
Los superordenadores suelen caracterizarse por su excepcional capacidad de procesamiento. Su velocidad se mide en operaciones de coma flotante por segundo (flops), que se refiere al número de cálculos aritméticos que pueden realizar. Aunque no existe un umbral estricto que separe un superordenador de un sistema normal de computación de alto rendimiento (HPC), los superordenadores suelen ser capaces de rendir a velocidades medidas en teraFLOPs (billones) y petaFLOPs (cuatrillones).
Los gobiernos, las instituciones de investigación y las empresas industriales utilizan los superordenadores para una amplia gama de aplicaciones. Su tama?o varía desde los supergrandes a los peque?os. Hoy en día hay tantos superordenadores que es difícil precisar su número exacto. Además, algunos sistemas no se conocen públicamente por motivos de seguridad nacional, geopolíticos o competitivos.
Sin embargo, el proyecto TOP500 clasifica bianualmente los 500 superordenadores más potentes del mundo en función de su rendimiento en la prueba de referencia Linpack, que mide la velocidad a la que un ordenador puede resolver un sistema de ecuaciones lineales. Se trata de una forma estandarizada de comparar las capacidades de los superordenadores.
?Dónde están los superordenadores más rápidos del mundo?
Los 500 superordenadores más rápidos están repartidos por 35 países, de los cuales 29 tienen más de un sistema. Desde noviembre de 2017 hasta noviembre de 2022, China tuvo el mayor número de superordenadores.
Pero a partir de junio de 2023, EE.UU. ha retomado la primera posición en la lista Top500, y el número ha aumentado desde entonces de 150 superordenadores a 161 en noviembre. China tiene 104 y le sigue Alemania, que cuenta con 36 superordenadores. Japón y Francia completan los cinco primeros puestos, y Reino Unido, Canadá, Italia, Corea del Sur, Países Bajos y Canadá completan los 10 primeros.
Estados Unidos también es el líder en términos de rendimiento, medido en rendimiento Linpack máximo alcanzado (Rmax) con 3.725.851 teraFLOPS (TFLOPS). Esta cifra supera con creces los 407.239 TFLOPS de China.
El sistema Frontier del Laboratorio Nacional Oak Ridge (ORNL) de Tennessee (EE.UU.) es la única máquina a exaescala de la que se tiene constancia que supera un Exaflop por segundo (1 EFLOP/s).
El sistema se basa en la arquitectura HPE Cray EX235a y está equipado con procesadores AMD EPYC 64C a 2 GHz y 8.699.904 núcleos en total. Frontier aumentó su HPL de 1,02 EFLOP/s en noviembre de 2022 a 1,194 EFLOP/s en junio, lo que supone un incremento del 17%. Exascale se consideraba un objetivo al que sólo se podía aspirar hace unos a?os, lo que indica el rápido ritmo de desarrollo de la tecnología.
Anteriormente, el superordenador más rápido era el sistema Fugaku de 442 PFLOP/s del Riken Center for Computational Science (R-CCS) de Kobe (Japón), desde junio de 2020 hasta junio de 2022. Fugaku funciona con el sistema en chip (SoC) A64FX de 48 núcleos de Fujitsu, lo que lo convierte en el primer sistema número uno que funciona con procesadores ARM.
En segundo lugar, el nuevo sistema Aurora de la Argonne Leadership Computing Facility de Illinois (EE.UU.), con una capacidad de 585,34 PFLOP/s.
Cabe se?alar que las cifras de Aurora sólo reflejan la mitad del sistema final previsto, ya que aún está en proceso de puesta en marcha. Una vez en pleno funcionamiento, superará a Frontier con un rendimiento máximo de 2 EFLOP/s.
Aurora está construido por Intel sobre la base del HPE Cray EX – Intel Exascale Compute Blade, que utiliza procesadores Intel Xeon CPU Max Series y aceleradores Intel Data Center GPU Max Series, que se comunican a través de la interconexión de red Slingshot-11 de HPE.
Otro nuevo sistema llamado Eagle, instalado en la nube Microsoft Azure en EE.UU. con un rendimiento de 561,2 PFLOP/s, se ha hecho con el tercer puesto. Este es el puesto más alto que ha alcanzado nunca un sistema en la nube en la lista TOP500, solo dos a?os después de que el primer sistema en la nube entrara en la lista en décimo lugar.
El superordenador Summit del ORNL ocupó el primer puesto desde junio de 2018 hasta noviembre de 2019 con un rendimiento de 122,3 PFLOP/s y ahora ocupa la séptima posición con un rendimiento mejorado de 148,60 PFLOP/s. El superordenador Sunway TaihuLight del Centro Nacional de Supercomputación de la ciudad de Wuxi (China) fue el más rápido desde junio de 2016 hasta noviembre de 2017 y ahora ocupa la undécima posición con una velocidad de 93,01 PFLOP/s.
El desarrollo de superordenadores en China se ha visto afectado por las sanciones impuestas por Estados Unidos sobre su acceso a equipos semiconductores y otras tecnologías avanzadas que pueden tener aplicaciones militares o de inteligencia.
Sin embargo, hay informes que apuntan a que China dispone de otros superordenadores avanzados que no han sido sometidos a pruebas comparativas, pero que se desprenden de los resultados científicos publicados en artículos de investigación.
Los requisitos de potencia impulsan la eficiencia energética
Los superordenadores y las HPC se enfrentan a unos costos energéticos en alza, sobre todo a medida que aumenta la demanda de recursos para IA, aprendizaje automático y análisis de datos de alto rendimiento (HPDA). Las nuevas unidades centrales de procesamiento (CPU) y GPU consumen más energía que los modelos más antiguos. La preocupación por las emisiones de carbono (CO2) y las normativas gubernamentales están impulsando aún más la eficiencia energética y la sostenibilidad.
Publicada junto con la lista Top500, la lista Green500 clasifica los superordenadores más potentes del mundo en función de su eficiencia energética. Los dos superordenadores más eficientes están en Estados Unidos, seguidos de los sistemas de Francia, Australia y Suecia. Los superordenadores de Espa?a, Finlandia, Alemania y Corea del Sur también figuran entre los 10 primeros.
El rendimiento HPL de los mejores sistemas demuestra que una gran capacidad de potencia no tiene por qué ir en detrimento de un uso eficiente de la energía. Por ejemplo, el superordenador LUMI de Finlandia es el más rápido de Europa y el quinto a nivel mundial, con un Rmax de 379,70 PFLOP/s.
El sistema, plenamente operativo desde diciembre de 2022, es el séptimo más eficiente de la lista Green500, con una eficiencia de 53,428 GFLOPs por vatio.
LUMI funciona totalmente con energía hidroeléctrica libre de CO2 y utiliza sistemas naturales de refrigeración por agua para enfriar sus procesadores. Además, todo el calor residual que produce se reutiliza para proporcionar calefacción urbana en su ciudad natal, Kajaani.
El superordenador Leonardo de Italia es el sexto más rápido del mundo y el decimoctavo con mayor eficiencia energética. Los seis superordenadores de la Empresa Común Europea de Computación de Alto Rendimiento (EuroHPC) están refrigerados por agua para mejorar su eficiencia energética y funcionar de la forma más sostenible posible.
Por su parte, el superordenador Frontier de Estados Unidos es el octavo más eficiente desde el punto de vista energético, con una puntuación de 52,59 GFLOPs/vatio, a pesar de que su puntuación HPL es de 1,194 EFLOP/s.
Conclusión
Los superordenadores desempe?an un papel fundamental en el avance de la ciencia, la tecnología y la innovación en diversas aplicaciones científicas, académicas, militares e industriales. El número de superordenadores en el mundo es una cifra dinámica que cambia a medida que avanza la tecnología y se introducen nuevas máquinas.
A medida que la tecnología sigue evolucionando con la creciente demanda de capacidad de computación en la nube y de IA, se espera que el número de superordenadores aumente, ampliando aún más las fronteras de lo que es posible en la ciencia y la ingeniería computacionales.
