Rápidas y furiosas
Por ZHOU CHANG
LA estadounidense Titán lidera el ranking mundial de supercomputadoras, según la lista del Top 500 publicada el 12 de noviembre pasado. La Tianhe-1, de China, la más rápida del país y creada por la Universidad Nacional de Tecnología de Defensa, que había ocupado el primer lugar en 2010, esta vez se encuentra en el octavo.
De Mega para Peta
En 1983, con el debut de la Yinhe-1, China se convirtió en el tercer país, después de EE. UU. y Japón, en producir una supercomputadora que podía trabajar a una velocidad de 100 megaflops. En ese momento, los puntos de soldadura densamente distribuidos en la parte posterior de cada circuito tuvieron que ser soldados de forma manual, y los miles de cables que tenía el ordenador fueron también conectados con la mano.
Más tarde, China produjo en 2004 la Shuguang 4000A (Dawning 4000A, en inglés), la sucesora de la Yinhe-1, que figuraba entre las primeras diez supercomputadoras del mundo, posición que la convirtió en una máquina histórica para China. Cuatro años más tarde, la Shuguang 5000A alcanzó también el décimo puesto en el mundo. El New York Times comentó que el nacimiento de la Shuguang 5000A catapultaba a China como uno de los líderes mundiales en el campo de las computadoras de alto rendimiento.
En la historia del desarrollo de las supercomputadoras, la velocidad de 1 petaflop fue una marca difícil de superar. En la década de 1990, EE. UU. planeó producir una supercomputadora de esta velocidad. Sin embargo, no fue sino hasta junio de 2008 que la supercomputadora Roadrunner, creada por IBM, alcanzó una velocidad de 1,02 petaflops.
En ese momento, China solo acababa de romper la barrera de los 10 teraflops, por eso, la salida al año siguiente de la Tianhe-1, en octubre de 2009, sorprendió al mundo. China, entonces, se convirtió en el segundo país del mundo en fabricar un super-ordenador capaz de operar a más de 1 petaflop.
Este salto fue histórico porque no se pudo lograr con un mero aumento de los aparatos, sino con el correspondiente cambio radical en la estructura del sistema de la supercomputadora, lo que supuso un paso gigantesco.
Sobre la base de la Tianhe-1, la Universidad Nacional de Tecnología de Defensa presentó una versión mejorada, la Tianhe-1A, que dispone de una velocidad máxima teórica de 4,701 petaflops y de 2,566 petaflops en el ensayo de Linpack, la cual encabezó la Lista Mundial Top 500 de supercomputadoras de 2010.
Un CPU de innovación propia
En comparación con otras supercomputadoras del planeta que han excedido la velocidad de 1 petaflop, la Tianhe-1 fue la única en combinar las tecnologías de la unidad central de procesamiento estándar (CPU) con la unidad de procesamiento gráfico (GPU).
Teóricamente, la GPU puede procesar cálculos, aparte de su función principal de procesar dibujos y videos. No obstante, en la práctica, la GPU generalmente trabaja solo al 20% de sus capacidades para contar. La Tianhe-1 elevó a un 70% el funcionamiento de cálculo de la GPU. Esta innovación incrementó el interés de los fabricantes de GPU en el extranjero, quienes buscaban colaborar con los técnicos responsables de la Tianhe-1.
Contar con un CPU de propia fabricación es otra ventaja de China. En octubre de 2011, China dio a conocer la Sunway BlueLight MPP, su primera supercomputadora enteramente basado en microprocesadores de tecnología y producción propia.
Aparentemente, la Sunway BlueLight sistema MPP está compuesto por nueve armarios de computadora de 3 metros de altura. Según Pan Jingshan, asistente del jefe del Centro Nacional de Supercomputación de China en Jinan, cada armario contiene 124 CPU, y cada CPU, 16 núcleos. Con alrededor de 18.000 núcleos, su densidad de empaquetamiento ocupa el segundo lugar en el mundo.
La tecnología de refrigeración por agua es otra característica del sistema Sunway. Cuando están en funcionamiento, las supercomputadoras se calientan y se necesita un gran esfuerzo para evitar que se sobrecalienten. El sistema de refrigeración de Sunway es eficiente y por su diseño de circuito cerrado consume solo 1 megavatio de energía, frente a los 7 megavatios del Jaguar estadounidense.
El director del Centro Nacional de Supercomputación de China en Jinan, Gu Weidong, explicó que el sistema de refrigeración por agua era como un sándwich con la placa de refrigeración por agua fuertemente sujetada entre dos placas del CPU, lográndose una perfecta disipación sincronizada del calor. Por otra parte, Hans Werner Meuer, una autoridad mundial en supercomputadoras y cofundador de la lista Top 500, señaló que la tecnología informática de la Sunway había igualado al procesador Intel en las funciones, pero consumía una baja energía, lo que significa que China cuenta con la capacidad técnica para cambiar el modelo industrial.
Supercomputadoras en uso
“El ranking de las Top 500 tiene más que ver con los índices técnicos, pero el problema clave de las supercomputadoras reside en su utilización al máximo en las aplicaciones prácticas”, expresó Qian Depei, jefe de expertos del plan nacional 863.
Todos los chinos se sienten muy orgullosos de la supercomputadora Tianhe-1, la cual también cumple un papel magnífico en la práctica. A partir de su funcionamiento en el Centro Nacional de Supercomputación en Tianjin, ha conseguido logros en cinco sectores: la exploración de campos petrolíferos, la producción biofarmacéutica, la producción de animaciones en televisión y cine, el diseño de equipamientos de alta gama y la recopilación de información geográfica. Además, sus servicios han sido brindados a más de 300 clientes nacionales. En promedio se aprovecha el 70% de su capacidad y está disponible para su uso en diversos campos de interés.
Actualmente, la Tianhe-1 es la supercomputadora más rápida disponible para una amplia gama de aplicaciones. Estas incluyen el procesamiento de datos de satélites de control remoto a fin de predecir el clima, así como el análisis de datos sobre las condiciones de los yacimientos de petróleo o de gas natural.
A principios de 2011, la Corporación Nacional de Petróleo de China (CNPC) utilizó por primera vez la Tianhe-1 para procesar sus datos de exploración de petróleo en una superficie de 1.060 km². La supercomputadora solo necesitó 16 horas para cumplir con la tarea, 30 veces más rápida que el equipo anteriormente usado por la CNPC. Desde entonces, la CNPC, Sinopec y la CNOOC (Corporación Nacional de Petróleo Submarino de China) se han convertido en los principales clientes de la Tianhe-1.
La Tianhe-1 también se utiliza ampliamente en los sectores de farmacobiología y bioagricultura. Tradicionalmente, para desarrollar un nuevo medicamento se necesita, en algunos casos, la investigación de millones de compuestos químicos, lo que a menudo lleva más de una década. Sin embargo, a través de la plataforma de supercomputación de la Tianhe-1, los científicos pueden reducir el período de desarrollo en 1 ó 2 años.
El empleo de las supercomputadoras puede servir como gran impulso a la innovación científica y tecnológica de un país. En China, los potenciales clientes de supercomputadoras, como institutos de investigación, universidades y empresas, suelen enfrentar problemas como los altos costos del uso, el desarrollo lento del software y la baja tasa de utilización de los equipos de hardware. Indudablemente, la Tianhe-1 se ha abierto un camino prometedor para la aplicación práctica de las supercomputadoras y así explorar plenamente su potencial.
“En cierto sentido, su poder se manifiesta en la forma en que se aplica. Solo cuando se dispone de una amplia gama de usos tiene significado el incesante esfuerzo de las personas por un mejor desempeño”, señaló Meng Xiangfei, director del Departamento de Aplicación del Centro Nacional de Supercomputación en Tianjin.
