La Ciencia simplificada: ¿Qué es la Computación a Exaescala?
La computación a exaescala es el próximo hito en el avance de los superordenadores. Los ordenadores a exaescala, capaces de procesar información mucho más rápido que los superordenadores más potentes de la actualidad, proporcionarán a los investigadores una nueva herramienta para abordar algunos de los obstáculos más importantes a los que se enfrenta nuestro mundo, desde el cambio climático a la comprensión del cáncer o el diseño de nuevos tipos de materiales.
Comparación de la computación a exaescala con otros ordenadores: FLOPS e hitos
Las computadoras a exaescala son ordenadores digitales, casi comparables a las supercomputadoras y ordenadores actuales, pero con un hardware mucho más potente. Esto los diferencia de los ordenadores cuánticos, que representan un enfoque completamente nuevo para construir un ordenador adecuado a determinados tipos de preguntas.
¿Cómo se compara la computación a exaescala con otros ordenadores? Los científicos miden el rendimiento de los ordenadores en operaciones de coma flotante por segundo (FLOPS). Se trata de problemas aritméticos sencillos, como sumas y multiplicaciones. Por lo general, una persona puede resolver problemas de suma con lápiz y papel a una velocidad de 1 FLOP. Esto significa que tardamos un segundo en resolver un problema básico de suma. Los ordenadores son mucho más rápidos que las personas. Su rendimiento en FLOPS tiene numerosos investigadores ceros en lugar de utilizar prefijos. Por ejemplo, el prefijo “Giga” representa un número con nueve ceros. Un procesador de ordenador personal actual puede funcionar en el rango de los gigaflops, a unos 150.000.000.000 FLOPS, o 150 gigaFLOPS. “Tera” significa 12 ceros. Los ordenadores alcanzaron el hito de la terescala en 1996 con el superordenador Intel ASCI Red del Departamento de Energía (DOE). El rendimiento máximo de ASCI Red fue de 1.340.000.000.000 FLOPS o 1,34 teraFLOPS.
Superordenador Oak Ridgle Frontier
La computación a exaescala es increíblemente más rápida. “Exa” representa 18 ceros. Esto significa que un ordenador a exaescala puede realizar más de 1.000.000.000.000.000.000 FLOPS, o 1 exaFLOP. Esto es más de un millón de veces más rápido que el rendimiento máximo de ASCI Red en 1996.
La construcción de un ordenador tan potente no es sencilla. Se predijo que estos ordenadores podrían necesitar tanta energía como la que utilizarían 50 hogares cuando los investigadores empezaron a pensar seriamente en los ordenadores a exaescala. Gracias a las continuas investigaciones con los proveedores de ordenadores, esa cifra se ha reducido drásticamente. Los científicos también necesitan formas de garantizar la fiabilidad de los ordenadores a exaescala a pesar del gran número de componentes que contienen. Además, deben descubrir tácticas para mover los datos entre los procesadores y el almacenamiento lo suficientemente rápido como para detener las ralentizaciones.
¿Por qué necesitamos ordenadores a exaescala? Los obstáculos a los que se enfrentan nuestro mundo y las cuestiones más complicadas de la investigación científica requieren cada vez más potencia informática para ser abordados. Los superordenadores a exaescala permitirán a los investigadores producir modelos climáticos y del sistema terrestre más realistas. Ayudarán a los investigadores a comprender la nanociencia que hay detrás de los nuevos materiales. Los ordenadores a exaescala nos ayudarán a construir las futuras centrales de fusión. Permitirán realizar nuevas investigaciones sobre el universo, desde la física de partículas hasta la formación de las estrellas. Además, estos ordenadores ayudarán a garantizar la seguridad y la protección de los Estados Unidos, manteniendo trabajos como el mantenimiento de nuestra disuasión nuclear.
Datos de interés
Vea un video de una simulación COVID con exascale de NVIDIA.
El rendimiento de los ordenadores ha aumentado gradualmente desde la década de 1940.
El mejor ordenador electrónico del mundo fue el Colossus de tubo de vacío. Construido en Gran Bretaña durante la Segunda Guerra Mundial, Colossus rendía 500.000 FLOPS.
El primer superordenador con 3 megaFLOPS fue el CDC 6600 en 1964.
El primer superordenador que llegó a más de 1 gigaFLOP fue el Cray-2 en 1985.
El primer ordenador de gran paralelismo que superó el teraFLOP fue el ASCI Red en 1996.
El primer superordenador en alcanzar 1 petaFLOP fue el Roadrunner en 2008.
Contribuciones del DOE a la computación a exaescala
El programa de Investigación en Computación Científica Avanzada de la Oficina de Ciencia del Departamento de Energía (DOE) ha trabajado durante años con empresas tecnológicas estadounidenses para construir superordenadores que superen las barreras del descubrimiento científico. Los Laboratorios Nacionales Lawrence Berkeley, Oak Ridge y Argonne albergan instalaciones individuales de la Oficina de Ciencia del DOE para computación de alto rendimiento. Estas instalaciones ofrecen a los científicos acceso a ordenadores en función de las posibles ventajas de su estudio de investigación. La Iniciativa de Computación a Exaescala del DOE, codirigida por la Oficina de Ciencia y la Administración Nacional de Seguridad Nuclear (NNSA) del DOE, comenzó en 2016, con la intención de acelerar el avance de un ecosistema de computación a exaescala. Uno de los elementos de la iniciativa es el Proyecto de Computación a Exaescala, de siete años de duración.
El objetivo del proyecto es preparar a los investigadores y las instalaciones informáticas para la exaescala. Se centra en 3 grandes áreas:
Application Development: desarrollo de aplicaciones que aprovechen al máximo los ordenadores a exaescala
Tecnología de software: creación de nuevas herramientas para gestionar sistemas, manejar enormes cantidades de información e incorporar los futuros ordenadores a los sistemas informáticos existentes.
Hardware e integración: establecimiento de asociaciones para producir componentes totalmente nuevos, nueva formación, normas y pruebas constantes para que estas nuevas herramientas funcionen en nuestras otras instalaciones y laboratorios nacionales.
El DOE está lanzando los primeros ordenadores a exaescala de Estados Unidos: Frontier en ORNL y Aurora en Argonne National Laboratory y El Capitán en Lawrence Livermore National Laborato
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