SUPERCOMPUTADORAS

Equipo #4Claudia Adriana Cedillo

Plascencia.Evelyn Alibeth Farías

Ana Marcela Uribarren Bravo

INTRODUCCION

• La computación se convirtió en estratégica durante la Segunda Guerra Mundial, y persistió durante la guerra fría. Los superordenadores de alto rendimiento fueron esenciales para el desarrollo del programa de armas nucleares modernas, así pues siguieron caminos paralelos la carrera armamentística y los supercomputadores.

• Estados Unidos.

• Los microprocesadores comenzaron en los años 70 como dispositivos famosos principalmente porque con ellos era posible guardar un programa de ordenador grabado en un único chip de silicio.

• La presión de la competencia y el deseo de generar ventas dejando anticuado el producto del año anterior hizo que la capacidad de computación del microprocesador se duplicara cada 18 meses.

• Simultáneamente, los diseñadores de microprocesadores tomaron prestados casi todos los trucos que los diseñadores de superordenadores de estructura principal y numérica habían utilizado en un pasado: jerarquías de almacenamiento, pipelinig, unidades funcionales múltiples, multiprocesamiento, predicción de saltos, procesamiento de SIMD, ejecución especulativa

• A mediados de los 90 la producción iba para computadoras personales.

• La mayoría de las ganancias que obtuvieron los microprocesadores vinieron, no de las técnicas avanzadas de la arquitectura informática, sino de la simple aceleración de los relojes de los procesadores y del aumento cuantitativo en las fuentes de los procesadores.

• Hacia 1998, el CPU de un ordenador personal de alto rendimiento basado en Windows funcionaba a mayor velocidad de reloj que el superordenador de rango más alto Cray Research de 1994.

• La supercomputación vivió su época de gloria en los años 70´s asociada básicamente a dos nombres de empresas, Control Data y Cray Research, y al nombre de una personalidad única Seymour Cray brillante arquitecto de supercomputadores.

• Floating Point Systems y Convex - superminicomputadoras,

• MassPar y MIPS - procesadores masivamente paralelos .

Diferencias entre computadoras y supercomputadoras clásicos

• Utilización de una arquitectura revolucionaria para la época. Tenían dos características diferenciadoras.

• La utilización de pipelines con múltiples etapas y la vectorización de los registros del procesador (todos o parte de ellos).

• Seymor Cray, Gene Amdahl y Gordon Bell.• Seymour Cray fue uno de los principales

responsables del diseño del ordenador UNIVAC 1103.

• 1957 funda la compañía Control Data Corporation. (CDC)

• El CDC 1604, que fue uno de los primeros ordenadores comerciales que utilizaron transistores en lugar de tubos de vacío.

• 1963 se crea el CDC 6600 que batió ampliamente en capacidad de cálculo y en coste al ordenador más potente de que disponía IBM en aquella época.

• A finales de la década se crea el CDC 7600 para muchos la primer supercomputadora en sentido estricto

• Cray entra en conflicto consigo mismo y prefiere crear el Cray Research que vio la luz en 1972.

• Hacían únicamente supercomputadoras de una en una y solo por encargo.

• Su primer producto fue el Cray - 1, salió en el año de 1976 y fue para el laboratorio de Los Alamos. Su costo fue de unos 10 millones de dólares.

Historia de los equipos• Manchester mark (1948)

• Primer supercomputadora británica.• Tenía una memoria RAM de tan solo 32

posiciones o palabras; cada palabra constaba de 32 bits. Tenía en total 1024 en memoria.

• La RAM se basó en la tecnología del tubo de rayos catódicos (CRT).

• Los CRTs fueron usados para almacenar bits de datos como áreas cargadas sobre el fósforo de la pantalla, mostrándose como una serie de puntos incandescentes sobre ella.

Manchester mark

Los sistemas ferranti ATLAS (60´s)

• Las especificaciones de diseño incluían el deseo de una velocidad de instrucción próxima a una orden por microsegundo y la necesidad de agregar un gran número de periféricos de varios tipos.

• Capacidad de almacenamiento de acceso inmediato superior a cualquiera de las que entonces había disponible.

• Técnicas que fueron utilizadas: multiprogramación; planificación de tareas; spooling; interrupciones; pipelining; almacenamiento intercalado; unidades de transferencia autónomas; paginación y almacenamiento virtual.

• ATLAS fue inaugurado el 7 de Diciembre de 1962.

• Era 80 veces mas potente que Meg/Mercury y 2400 veces más potente que el Mark 1.

IBM y NAS (1960-1980)• Computadoras IBM 1800, 360/50, 360/65,

370/165 y NAS/700.• El primer computador IBM en Daresbury, un IBM

1800, llegó en Junio de 1966, actuó como un computador de control y transferencia de datos para el sincrotón NINA, entonces el principal servicio experimental.

• Seguido por el primer computador central IBM en Daresbury, el IBM 360/50 el cual inició el servicio en Julio de 1966.

• Utilizaban tarjetas perforadas.

• El tiempo medio entre fallos hacia el final de los 60 era de un día.

• El NAS/7000 (un IBM 'clonico') fue instalado en Junio de 1981.

• Ofreció un enorme aumento en potencia y exactitud frente a sistemas previos.

CRAY (70’s)• El Cray 1 fue el primer supercomputador

"moderno". • Podía realizar más de cien millones de

operaciones aritméticas por segundo (100 Mflop/s).Esto lo hizo famoso.

• Si hoy, siguiendo un proceso convencional, intentáramos encontrar un computador de la misma velocidad usando PCs, necesitaríamos conectar 200 de ellos, o también podríamos simplemente comprar 33 Sun4s.

CONVEX C-220 Y LA REVOLUCIÓN UNIX

• La llegada de UNIX cambió el modo en que los científicos abordaban problemas informáticos.

• Es un modo flexible de proporcionar potencia al ordenador, al rápidamente cambiante mercado del hardware y de un modo crucial a los cambiantes requerimientos de las aplicaciones científicas de los usuarios.

• Nuevos componentes puede ser añadidos simplemente, o incrementada la potencia como sea necesario.

INTEL• Computadores iPSC/860

• Tiene 64 nodos llamados RX.• Cada nodo tiene un reloj de 40 MHz y 16 Mbytes de

memoria.• El hardware de conexión directa permite

transferencias de datos nodo a nodo de 2.8 Mb/s. • 12 Gbytes de disco unido localmente y conexiones

Ethernet a una estación de trabajo Sun-670MP para acceso de usuario.

• Rendimiento de nodo máximo individual de 40 Mflops un total de más de 2.5 Gflops para la máquina completa. El software: Fortran y C a través de compiladores.

IBM Computador SP2

• Consta de 24 nodos P2SC (Super Chip), más otros 2 procesadores de nodo ancho más antiguos situados en dos bastidores.

• Cada nodo tiene un reloj de 120 Mhz, y 128 Mbytes de memoria.

• Dos nuevos Interruptores de Alto Rendimiento (TV3) se usan para conectar los nodos entre sí.

• Almacenamiento de datos: 40 Gbytes de discos rápidos unidos localmente con redes Ethernet y FDDI para el acceso de usuarios.

• Un rendimiento de nodo máximo individual de 480 Mflops ofrece un total de más de 12 Gflops para la máquina completa.

• Una estación de trabajo PowerPC RS/6000 está conectada a el SP2 para el sistema de monitorización y gestión de hardware y software.

Supercomputadoras soviéticas

• Del mismo modo que hubo una carrera espacial y una armamentística, no debería sorprender a nadie que hubiera también una carrera supercomputacional. Los programas informáticos de alto rendimiento de la Unión Soviética fueron, por supuesto, llevados en secreto. La información aquí es, y tristemente probablemente continúe siendo bastante imprecisa

Familia BESM• Serie de computadoras numéricos de "alto

rendimiento" • El BESM-6 fue diseñado en 1965 por un grupo de

ingenieros que trabajaban en el Instituto S.A.Lebedev de Mecánica Precisa y Equipamiento Informático (ITMiVT en Rusia).

• La configuración básica incluía CPU, 192 Kb de memoria de núcleo, tambores magnéticos, unidad de disco de cinta magnética patentada, teletipos, máquinas de escribir (con Interface paralela), impresoras alfanuméricas y lectoras y grabadoras de tarjeta/cinta perforada

• El principal propósito de BESM-6 fue "devorar números", así que no tenía ninguna instrucción específica para la manipulación de caracteres. La memoria solo podía ser direccionada palabra a palabra.

• CPU segmentada (segmentación separada para CU y AU), además, interrupciones FPE imprecisas.

• Direccionamiento de memoria virtual y capacidad de paginación (con registros de página expandible, que en las últimas máquinas procesaban varios megabytes de SRAM).

• Unidad combinada de aritmética entera y de punto flotante: La de punto flotante sin normalización se usó para este propósito, por esta razón la división entera resultó complicada.

• Cada palabra de memoria tenía dos bits de paridad - uno para cada mitad, la paridad combinada para la palabra completa debería haber sobrado.

• El tiempo de instrucción era más cercano al de los RISC que al de los CISC.

• La mayoría de las instrucciones booleanas y aritméticas (no la multiplicación y la división, por supuesto) requerían 2 ciclos de CU y alrededor de 5 (de media) ciclos de AU .

• Registros de punto de ruptura y de punto de mira.

SUPERCOMPUTADORAS DE HOY

ASCI Blue Pacific

•Hiper-cluster de 1.464 nodos IBM SP

•Realización probada en 1999 a 3.9 TeraOPS (trillones de operaciones de punto flotante por segundo)

•Proporciona 2,6 terabytes (TB) de memoria y 75 TB de disco

•Arquitectura muy flexible para la ejecución de aplicaciones en 3D de media escala a extremadamente grandes

ARQUITECTURA DE HARDWARE DEL BLUE-PACIFIC • Hipergrupo SP (Paralelo escalable) de IBM de acceso de

memoria uniforme SMPs (UMA).

• Cada SMP de cuatro direcciones es un ordenador independiente, completado con un sistema operativo, discos locales (para intercambio y espacio temporal del usuario) y para una red de trabajo a baja velocidad

ARQUITECTURA DE SOFTWARE DEL BLUE-PACIFIC • Basada en el sistema operativo AIX 4.3 en cada nodo. (AIX

significa Ejecutivo Interactivo Avanzado, una versión de IBM propietaria de Unix diseñada para PC´s Intel, estaciones de trabajo RS/6000 y mainframes 390).

ASCI Red

• Desarrollado por Intel Corporation y Sandia National laboratories. Manejado por Sandia para los programas de defensa del Departamento de Energía.

• Utiliza dos sistemas operativos para hacer que el ordenador sea tanto familiar al usuario (UNIX) como no intrusivo para la aplicación escalable (Cougar).

• Primera supercomputadora TFLOPS del mundo

EL ASCI RED operativo al completo consigue 1,3 Teraops

ASCI White

•Supercomputadora capaz de realizar 12,3 billones de operaciones por segundo

• Mejora de ASCI Blue Pacific – solo capaz de procesar tan sólo 3,9 Teraops

• Cuenta con 512 ordenadores RS/6000 SP, 8.192 procesadores Power3-III y un disco duro con una capacidad de 160 millones de bytes .

•Su uso está dirigido a realizar complejas simulaciones en 3D sobre la seguridad del material radiactivo en los silos nucleares.

IBM Blue gene

• Función principal la de simular el proceso biológico mediante el cual los aminoácidos se transforman en proteínas.

• Durará cinco años y se invertirán unos 100 millones de dólares

• Se le integrarán 32 procesadores en cada chip, cada placa base de Blue Gene tendrá 64 de estos chips, y se construirán 64 torres con 8 placas cada una, el resultado es que este nuevo computador tendrá más de un millón de microprocesadores, en un espacio físico de 150 metros cuadrados y dos metros de altura.

CRAY

• El Multiprocesador Cray T3ETM

• Multiprocesador escalable de memoria compartida basado en el microprocesador DEC Alpha 21164

• Memoria física compartida para 2048 procesadores a través de una red 3D con una interconexión toroidal

SILLICON GRAPHICS

Origin 2000

• La serie SGI Origin2000TM de supercomputadores escalables es la primera generación de productos de la compañía con esta nueva arquitectura

• En la actualidad SGI ya vende el Origin3800.

Componentes del Origin 2000

•Procesador(es) (MIPS R1000 )

•Memoria (cada nodo es capaz de soportar más de 4 GB de memoria)

•Controladores de E/S (soporta interfaces Ultra Fast, Wide SCSI, Fibrechannel, 100BASE-Tx, ATM y HIPPI-Serial. )

•Controlador de memoria distribuida (Hub ASCI)

•Directorio de memoria para coherencia de caché

•Interconexión CrayLink

Interfaces XIO y Crossbow

           Las siguientes caracterísiticas hacen diferente al Origin2000 de arquitecturas previas:

•La Origin2000 es escalable

•La Origin2000 es modular

•La Origin2000 una malla de interconexión para enlazar nodos y "crossbars" internos dentro del sistema ASICs (Hub, Router, Crossbow).

•La Origin2000 tiene memoria compartida y E/S-compartida distribuída.

•La memoria compartida de la Origin2000 tiene coherencia caché usando directorios y un protocolo de coherencia de caché basada en directorios.

•La Origin2000 usa migración de páginas y la replicación para mejorar la latencia de memoria.

TABLA RANKING

Puesto

Fabricante

Computador Lugar de instalación País

Año

Aplicación

1 IBM ASCI White, SP Power3 375 MHz

Lawrence Livermore National Laboratory Livermore

USA

2000

Investigación Energética

2 Intel ASCI Red Sandia National Labs Albuquerque USA

1999

Investigación

3 IBM ASCI Blue-Pacific SST, IBM SP 604e

Lawrence Livermore National Laboratory Livermore

USA

1999

Investigación Energética

4 SGI ASCI Blue Mountain Los Alamos National Laboratory Los Alamos

USA

1998

Investigación

5 IBM SP Power3 375 MHz Naval Oceanographic Office (NAVOCEANO) Bay Saint Louis

USA

2000

Investigación Aerospacial

6 IBM SP Power3 375 MHz National Centers for Environmental Prediction Camp Spring

USA 2000 Investigación Metereología

7 Hitachi SR8000-F1/112 Leibniz Rechenzentrum Munich Alem 2000 Academica

8 IBM SP Power3 375 MHz 8 way

UCSD/San Diego Supercomputer Center San Diego USA 2000 Investigación

9 Hitachi SR8000-F1/100 High Energy Accelerator Research Organization /KEK Tsukuba

Japón

2000 Investigación

10

Cray Inc.

T3E1200 Government USA 1998 Clasificado

IBM encabeza la lista de los fabricantes de los 500 equipos informáticos más poderosos del plantea. Se trata de una lista elaborada dos veces al año por los mayores expertos en informática, Internet, fabricantes y personajes destacados de la comunidad científica. La última edición de este ranking confirma como líder a IBM (que ocupa los puestos 1º, 2º y 4º), seguido de Intel en el tercero e Hitachi en el quinto. En cuanto a los fabricantes más utilizados en las supercomputadoras instaladas en todo el mundo, IBM repite liderazgo, seguido de Cray e Hitachi.

Rank

Manufacturer

Computer Rmax

Installation Site Country

Year

Area of Installation

1 IBM ASCI White, SP Power3 375 MHz

7226

Lawrence Livermore National Laboratory Livermore

USA 2000

Research Energy

2 IBM SP Power3 375 MHz 16 way

2526

NERSC/LBNL Berkeley USA 2001

Research

3 Intel ASCI Red 2379

Sandia National Labs Albuquerque

USA 1999

Research

4 IBM ASCI Blue-Pacific SST, IBM SP 604e

2144

Lawrence Livermore National Laboratory Livermore

USA 1999

Research Energy

5 Hitachi SR8000/MPP 1709.1

University of Tokyo Tokyo Japan

2001

Academic

6 SGI ASCI Blue Mountain

1608

Los Alamos National Laboratory Los Alamos

USA 1998

Research

USOS Y APLICACIONES

a.Estrategia acelerada

          La Iniciativa de Informática Estratégica Acelerada (ASCI) es un ambicioso proyecto del Departamento de Energía de EEUU para analizar asuntos clave relacionados con la seguridad nacional a través de sofisticados sistemas de simulación.

          El programa ASCI , que debe terminar en 2006, se ha propuesto desde el principio llegar a los 30 billones de operaciones por segundo a mediados de 2001. Y hacia el año 2004 prevé alcanzar los 100 billones.

          Para llevar a cabo este proyecto, el Gobierno de EEUU ha elegido a IBM como socio tecnológico para poner en marcha el sistema lógico.

          

          El sistema elegido para el proyecto ASCI está basado en la plataforma IBM RS/6000 SP.

Las razones por las que se ha elegido radican fundamentalmente en su filosofía y su diseño: la arquitectura de esta plataforma, creada en 1991, asegura la escalabilidad requerida para el proyecto (capacidad de proceso medida en Teraflops) y también la capacidad de crecimiento futuro, muy por encima de cualquier otros sistema.

          Entre los proyectos de ASCI destacamos:

•Investigación en armas nucleares

•Modelado de turbulencias e inestabilidad de fluidos

•Investigación en Energía e Infraestructuras Críticas

•Investigación en la estructura de ADN

      b.Simulación de impacto de un vehículo en una autopista madiante elementos finitos

          Este es un proyecto realizado por la Universidad de Cincinnati, se usó un supercomputador Cray T3E y un Cray T94.

 

c.Técnicas médicas de escaneo

          Con tomografías y resonancias magnéticas se pueden generar modelos humanos en tres dimensiones de las personas, esto sirve para emitir diagnósticos y para la educación. Con este fin ha sido desarrollada la aplicación Splatter, ésta funciona en una supercomputadora Cray T3E.

GARRY KASPAROV & DEEPBLUE          

          El considerado mejor jugador de ajedrez del mundo Garry Kasparov en mayo de 1997 se enfrentó en Nueva York contra Deep Blue, en juego no sólo estaba el millón de dolares para el ganador sino la supremacía del hombre frente a las máquinas. Deep Blue fue desarrollado por un equipo de científicos de la IBM en un proyecto que se inició 10 años atrás, era capaz de calcular más de 200 millones de posiciones del ajedrez por segundo, además de esta impresionante capacidad de cómputo y a la inteligencia artificial con la que se le había dotado (con una gran biblioteca de jugadas precalculadas) el ordenador cuenta con su incapacidad de cansancio o de tener un sólo descuido. El resultado del duelo hombre-máquina después de 6 juegos terminó con un marcador de 3.5-2.5 a favor del ingenio electrónico Deep Blue.

CONCLUSIÓN

          Una supercomputadora es el tipo de computadora más potente y más rápido que existe en este momento. Como estas máquinas están diseñadas para procesar enormes cantidades de información en poco tiempo y se dedican a una tarea específica, su aplicación o uso se escapa del particular, más bien se dedican a:

1. Búsqueda de yacimientos petrolíferos con grandes bases de datos sísmicos.

2. El estudio y predicción de tornados.

3. El estudio y predicción del clima de cualquier parte del mundo.

4. La elaboración de maquetas y proyectos de la creación de aviones, simuladores de vuelo.

          Tambien hay que agregar que las supercomputadoras son una tecnología relativamente nueva, por lo tanto su uso no se ha masificado y esta sensible a los cambios. Es por esta razón que su precio es muy elevado superando los 30 millones de dolares y el número que se fabrica al año es reducido