10.000.000.000.000.000 de Cálculos por segundo

En el mundo de hoy cada vez más digitalizado, todos tenemos un cuento o dos para compartir acerca de cómo las computadoras personales nos han defraudado: al igual que la forma en que se negó a dejarnos ejecutar diferentes programas al mismo tiempo, o cómo los datos era tan pesada que los condenados dispositivo que nos mantiene en espera por siempre, incluso antes de realizar la operación más trivial.

Tadashi Watanabe, quien dirigió el proyecto de equipo K en el Instituto RIKEN, y el director AICS Kimihiko Hirao (abajo) dicen que la computadora se puede avanzar a la ciencia a través de la simulación. TOMOKO FOTOS Otake

Bueno, hay una máquina en el mundo - y es en Japón - que es absolutamente libre de tales preocupaciones, siendo el ordenador más rápido en la Tierra y capaz de manejar un número inconcebible de tareas en mucho menos de un abrir y cerrar de ojos.

En junio del año y el pasado mes de noviembre, el equipo K - desarrollado por el gigante de TI de Fujitsu y alojados en el Instituto RIKEN avanzada de Ciencias de la Computación (AICS) en Kobe - obtuvo el lugar número 1 en la lista TOP500 de los ordenadores más rápidos del mundo. La clasificación se anunció dos veces al año en la conferencia de expertos en supercomputación SC - también conocida como la Conferencia Internacional de Computación de Alto Rendimiento, redes, almacenamiento y análisis.

El equipo K - que estará disponible para su uso compartido por los investigadores en noviembre - es el nombre de la unidad numérica japonesa京( kei ), es decir, 10 mil billones, o trillones de 10.000. En el logro de los destinatarios 10 petaflops, una medida del rendimiento del equipo equivale a 10 billones de cálculos - u operaciones de punto flotante, para ser exactos - por segundo, K a la altura de su nombre en noviembre.

Si los seres humanos tuvieron que realizar el mismo número de cálculos como K lo hace en un segundo, le tomaría toda la población del mundo de 7 mil millones de personas - cada uno de atajar un problema por segundo - 17 días consecutivos.

En este último ranking de noviembre, el equipo K demostró ser cuatro veces más rápido que el subcampeón, un equipo chino llamado Tianhe-1A. Desarrollado por el Centro Nacional de Supercomputación en Tianjin, Tianhe-1A logró 2.566 petaflops, seguido por el Jaguar de América supercomputador, instalado en el Laboratorio Nacional Oak Ridge en Tennessee, y dirigido por el Departamento de Energía de EE.UU., que se ubicó tercero, marcando 1.759 petaflops.

Entonces, ¿cuál es el secreto de esta velocidad abrumadora?

Fujitsu SPARC64 VIIIfix procesador, que mide aproximadamente 2 cm x 2 cm, (abajo) una de las juntas del sistema de K 20.736 que llevan cuatro CPU, que cuentan con tuberías de agua para mantener las unidades frias FUJITSU

Durante una reciente visita de este reportero, el superordenador - el hardware de los cuales se ha completado pero que todavía tiene el software del sistema en fase de desarrollo - se parecía a filas y filas de refrigeradores altos prolijamente alineados en un gran almacén. Se compone de 864 como la nevera unidades llamadas "bastidores". Cada bastidor - 80 cm de ancho, 75 cm de profundidad y altura 206 cm - contiene 24 placas del sistema insertan en uno encima del otro y conectados por cables. Cada placa base lleva cuatro CPU (unidades centrales de procesamiento), que constituyen el "cerebro" de los ordenadores. Mientras que las PC normales se montan con un solo CPU, K tiene un total de 82,944 hechos a la medida CPU.

Uno de los mayores avances tecnológicos de K era que estos microprocesadores - mide 2.27 cm x 2.26 cm cada uno - el trabajo eficaz en conjunto para lograr la velocidad máxima, explicó Akihiko Fujino, un directivo de alto nivel técnico de Fujitsu Informática Unidad de Soluciones. A tal fin, los ingenieros de vino con un "seis dimensiones" red de CPU que permite un rápido intercambio de datos a través del sistema.

Bautizado como "tofu" La tecnología de los "seis dimensiones de interconexión de toro" crea una serie de canales por los cuales los datos pueden viajar. Esto se puede explicar fácilmente con las líneas de tren como una analogía: Para llegar desde la estación de Shinjuku JR a la estación JR Tokio, por ejemplo, usted puede tomar la línea de bucle Yamanote en el sentido de las agujas del reloj o en sentido contrario, pasando por muchas estaciones a lo largo del camino. Pero usted puede llegar al destino mucho más rápido si usted toma la línea Chuo, que corta el lazo por la mitad y conecta las dos estaciones directamente a través del bucle. K utiliza un concepto similar, conectando los diferentes elementos de la red informática de manera multidimensional.

Además, para ahorrar energía y estabilizar el funcionamiento de la máquina, cada placa del sistema tiene tuberías de cobre amplia, con agua de refrigeración que lo atraviesa para mantener la CPU se sobrecaliente.

"CPU K, que desarrollamos nosotros mismos, ha tenido éxito en encontrar el justo equilibrio entre la velocidad y la eficiencia energética", dijo Fujino. "Su consumo de energía eléctrica es de aproximadamente 60 por ciento de la de los procesadores de Intel (usado en muchos superordenadores)."

Tadashi Watanabe, el líder del proyecto K en AICS, también se refirió a las características únicas de la arquitectura del edificio que fueron diseñados para el ordenador. Con el fin de disipar el calor del sistema de densidad de rack, la sala de computación utiliza refrigeración por aire, a través del cual sopla el aire frío procedentes de debajo del piso, se enfría los bastidores, golpea el techo y luego se envía a través de la planta baja conductos de aire en la periferia de la habitación.

Además, para conectar los bastidores 864, 200,000 cables con una longitud total de más de 1.000 km se utilizan, dijo Watanabe. Con el fin de configurar de manera eficiente los bastidores y los cables, el tercer piso del edificio, un espacio que abarca 50 metros por 60 metros, está libre de pilares estructurales. Eso significaba que el edificio en sí tuvo que ser diseñado para ser muy resistente. Además, los amortiguadores colocados en el sótano del edificio son capaces de absorber los choques de los terremotos con una intensidad de Shindo 6 (en la escala sísmica de Japón 0-7), y de licuefacción de lucha contra la medidas se han tomado en el hecho por el hombre Puerto de Kobe parcela Isla donde está situado el instituto.

Pero lo suficiente acerca de los aspectos técnicos de la computadora y el sitio: ¿Qué va a K poder ofrecer que otros no pueden - cuando va a funcionar plenamente en noviembre?

Ingenieros, científicos y funcionarios gubernamentales que han empujado para el proyecto de K-Todos dicen que las computadoras en la escala de K puede ser de gran avanzar en simulaciones - la llamada "tercera ciencia" después de la teoría y la experimentación.

El exterior del edificio RIKEN AICS en Puerto de Kobe Isla TOMOKO Otake FOTO

"Si bien las simulaciones y las ciencias computacionales han sido llamados la ciencia en tercer lugar, no hemos sido capaces de lograr mucho debido a las limitaciones en la capacidad de las computadoras", dijo Kimihiko Hirao, director AICS y él mismo un investigador en el campo de la química computacional. "Pero con K, podemos empezar a simular muchas cosas científicas - como las simulaciones detalladas de los daños causados ​​por los terremotos Tonankai (los que que las zonas afectadas a lo largo de la costa del Pacífico hasta el final de Shizuoka a Kochi cada 100 a 150 años), se habilita. reales las predicciones en muchos campos. "

El proyecto K-equipo, que comenzó en 2006, es el primero respaldado por el gobierno japonés ya que el proyecto Simulador de la Tierra, que ganó el primer lugar en la lista Top 500 en el año 2002, el logro de 35.86 teraflops en el programa de evaluación de lo mismo. (1.000 teraflops equivalen a un petaflop.) Sin embargo, mientras que el Simulador de la Tierra, desarrollado por NEC Corp. y se instala en el centro de Yokohama de la Agencia Japonesa de Ciencias Marinas y Tecnología, fue diseñado específicamente para el propósito de simular modelos de cambio climático, la K-equipo está construido para ser universal - para dar cabida a todo tipo de necesidades de simulación. Por lo tanto, se espera acelerar la I + D y diseño de una amplia gama de productos y servicios - desde motores a reacción a los semiconductores de silicio, a los nuevos medicamentos y sistemas de alerta contra los tsunamis.

K reputación como la compañía número 1 del mundo informático podría ser de corta duración, sin embargo. La carrera por la supremacía de supercomputación entre los Estados Unidos, Japón y, más recientemente, China, es intenso, y los EE.UU. "Sequoia" equipo - una máquina de 20 petaflops está siendo desarrollado por IBM y listo para ser instalado en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California - está a punto de superar a K finales de este año. Esto no es ninguna sorpresa para los expertos del sector.

"Es un hecho conocido que el ganador del primer lugar en la lista Top 500 es normalmente dos veces tan rápido como el ganador del año anterior, y hasta 1.000 veces más rápido que la máquina de la parte superior hace 10 años", dijo Naoki Shinjo, otro de Fujitsu funcionario a cargo del desarrollo del sistema en la próxima generación de la unidad de cálculo técnico de la empresa. "Así que es natural que alguien se llevó el primer lugar el año que viene."

Estad quietos: un amortiguador para absorber los choques del terremoto en los cimientos de la computadora edificio K de la vivienda. RIKEN FOTO

Los expertos incluso predecir la llegada de "escala exa" ordenadores - que son 1.000 veces más rápido que las computadoras petaflops 1-nivel, y 100 veces más rápido que el K - para el año 2018.

A pesar de que Japón todavía debe decidir si, y cómo, para asumir el proyecto escala exa, los expertos dicen que el mayor desafío técnico en espera de cualquier máquina superando K será su consumo de energía. A pesar de ser uno de los más eficientes energéticamente máquinas en el Top 500, K todavía necesita 17 megavatios para funcionar, lo que significa que su consumo anual de energía es equivalente a un total agregado de la de 25.000 hogares medios. Y el impacto medioambiental de la informática es objeto de creciente escrutinio en estos días, como se ve en una reciente controversia sobre la estimación de un científico de EE.UU. de que cada dos búsquedas en Google utiliza la energía suficiente para hervir una tetera.

"El mayor cuello de botella para el desarrollo futuro de las supercomputadoras es la energía", admitió Hirao de AICS. "Si vamos a desarrollar una máquina 100 veces más rápido que K, todavía tendría que mantener el nivel de consumo de energía en el nivel actual. Esto significa que el nuevo equipo tendrá que ser 100 veces más eficientes energéticamente. Eso definitivamente es el desafío más grande ".