La supercomputación, el poder que impulsa la ciencia del futuro

Juanjo Cerero y Carlos Valdemoros

Granada

Lunes, 31 de marzo 2025, 00:01 | Actualizado 00:11h.

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En un mundo dominado por dispositivos cada vez más pequeños y portátiles, existe una clase de máquinas que desafía la lógica de lo compacto: los supercomputadores. Estas bestias tecnológicas, capaces de realizar billones de cálculos por segundo, son los caballos de batalla detrás de avances científicos que van desde la predicción del clima hasta el diseño de medicamentos.

Cómo es y cómo funciona

un supercomputador

Funcionamiento

1

Los datos se distribuyen entre los nodos

Nodos

Cada nodo es como una computadora individual;

se conectan entre si

Cada uno incluye:

• CPU (procesadores)

• GPU (para cálculos intensivos)

• Memoria RAM

Pueden ser miles o incluso millones, cuantos más tenga más complejos serán los problemas que pueda resolver

2

Cada uno de los nodos trabaja en paralelo, lo que significa que pueden ejecutar miles o incluso millones de procesos al mismo tiempo

3

Los resultados de cada nodo se comparten con el resto para consolidar su estado

Interconexión: utilizan redes de comunicación ultrarrápidas, lo que es crucial para que el procesamiento paralelo funcione de manera eficiente

4

Los resultados finales se guardan en la memoria, que pueden ser discos duros o cintas

5

Los investigadores analizan los resultados desde su ordenador de forma remota

Comparativa

Normal

Superordenador

4-16

Núcleos

Miles a millones

8-64

RAM

Terabytes

GB

1.000.000-

30.000.0000

Energía

200-500

w

w

Cálculos

208.000

1,19

millones de cálculos matemáticos

exaflops

+5,7 millones de veces más rápido

(Datos de Frontier)

Consumo

(Datos de Frontier)

21.000.0000 w

=

17.500 viviendas

=

20 mill. € / año

Así disipan el calor

Refrigeración líquida: agua o líquidos especiales

Sistemas de aire acondicionado de alta eficiencia

CARLOS J. VALDEMOROS

Cómo es y cómo funciona

un supercomputador

Funcionamiento

1

Los datos se distribuyen entre los nodos

Nodos

Cada nodo es como una computadora individual;

se conectan entre si

Cada uno incluye:

• CPU (procesadores)

• GPU (para cálculos intensivos)

• Memoria RAM

Pueden ser miles o incluso millones, cuantos más tenga más complejos serán los problemas que pueda resolver

2

Cada uno de los nodos trabaja en paralelo, lo que significa que pueden ejecutar miles o incluso millones de procesos al mismo tiempo

3

Los resultados de cada nodo se comparten con el resto para consolidar su estado

Interconexión: utilizan redes de comunicación ultrarrápidas, lo que es crucial para que el procesamiento paralelo funcione de manera eficiente

4

Los resultados finales se guardan en la memoria, que pueden ser discos duros o cintas

5

Los investigadores analizan los resultados desde su ordenador de forma remota

Comparativa

Normal

Superordenador

4-16

Núcleos

Miles a millones

8-64

Terabytes

RAM

GB

1.000.000-

30.000.0000

200-500

Energía

w

w

208.000

1,19

Cálculos

millones de cálculos matemáticos

exaflops

+5,7 millones de veces más rápido

(Datos de Frontier)

Consumo

(Datos de Frontier)

21.000.0000 w

=

17.500 viviendas

=

20 mill. € / año

Así disipan el calor

Refrigeración líquida: agua o líquidos especiales

Sistemas de aire acondicionado de alta eficiencia

CARLOS J. VALDEMOROS

Cómo es y cómo funciona un supercomputador

Funcionamiento

1

Los datos se distribuyen entre los nodos

Nodos

Cada nodo es como una computadora individual;

se conectan entre si

Cada uno incluye:

• CPU (procesadores)

• GPU (para cálculos intensivos)

• Memoria RAM

Pueden ser miles o incluso millones, cuantos más tenga más complejos serán los problemas que pueda resolver

2

Cada uno de los nodos trabaja en paralelo, lo que significa que pueden ejecutar miles o incluso millones de procesos al mismo tiempo

3

Los resultados de cada nodo se comparten con el resto para consolidar su estado

Interconexión: utilizan redes de comunicación ultrarrápidas, lo que es crucial para que el procesamiento paralelo funcione de manera eficiente

4

Los resultados finales se guardan en la memoria, que pueden ser discos duros o cintas

5

Los investigadores analizan los resultados desde su ordenador de forma remota

Comparativa

Superordenador

Normal

4-16

Núcleos

Miles a millones

8-64

Terabytes

RAM

GB

1.000.000-

30.000.0000

200-500

Energía

w

w

208.000

1,19

Cálculos

millones de cálculos matemáticos

exaflops

+5,7 millones de veces más rápido

(Datos de Frontier)

Consumo

Así disipan el calor

(Datos de Frontier)

Refrigeración líquida: agua o líquidos especiales

21.000.0000 w

=

17.500 viviendas

Sistemas de aire acondicionado de alta eficiencia

=

20 mill. € / año

CARLOS J. VALDEMOROS

Cómo es y cómo funciona un supercomputador

Funcionamiento

1

Los datos se distribuyen entre los nodos

Nodos

Cada nodo es como una computadora individual;

se conectan entre si

Cada uno incluye:

• CPU (procesadores)

• GPU (para cálculos intensivos)

• Memoria RAM

Pueden ser miles o incluso millones, cuantos más tenga más complejos serán los problemas que pueda resolver

2

Cada uno de los nodos trabaja en paralelo, lo que significa que pueden ejecutar miles o incluso millones de procesos al mismo tiempo

3

Los resultados de cada nodo se comparten con el resto para consolidar su estado

Interconexión: utilizan redes de comunicación ultrarrápidas, lo que es crucial para que el procesamiento paralelo funcione de manera eficiente

4

Los resultados finales se guardan en la memoria, que pueden ser discos duros o cintas

5

Los investigadores analizan los resultados desde su ordenador de forma remota

Comparativa

Superordenador

Normal

4-16

Núcleos

Miles a millones

8-64

Terabytes

RAM

GB

1.000.000-

30.000.0000

200-500

Energía

w

w

208.000

1,19

Cálculos

millones de cálculos matemáticos

exaflops

+5,7 millones de veces más rápido

(Datos de Frontier)

Consumo

Así disipan el calor

(Datos de Frontier)

Refrigeración líquida: agua o líquidos especiales

21.000.0000 w

=

17.500 viviendas

Sistemas de aire acondicionado de alta eficiencia

=

20 mill. € / año

CARLOS J. VALDEMOROS

La forma más sencilla de hacerse una idea de lo que es un supercomputador es imaginar miles de ordenadores domésticos, despojados de todo lo que no es imprescindible, con la excepción de la unidad de procesamiento central (CPU), la de gráficos (GPU) y la memoria (RAM), trabajando al unísono para resolver problemas que requieren una potencia de cálculo colosal, como las simulaciones del clima, el universo o la formación de proteínas. En los últimos años, son una pieza fundamental de la explosión de los sistemas de inteligencia artificial más avanzados. Por ellos pasará la redefinición de los límites del conocimiento humano.

En términos generales, un supercomputador está compuesto de cuatro elementos fundamentales. El primero de ellos es el sistema de nodos de cálculo, que son grupos de CPUs y GPUs que realizan trabajos de forma paralela y distribuida. El segundo, las redes ultrarrápidas que permiten la conexión entre los diferentes nodos. El tercero, el sistema de enfriamiento, imprescindible para evitar sobrecalentar las piezas, y que no solo funciona con corrientes de aire, sino también, por ejemplo, con líquidos refrigerantes. Finalmente, el almacenamiento, que suele ser de muchos petabytes de datos; un petabyte equivale a un millón de gigabytes.

En los últimos años, y con el ascenso de los grandes modelos de lenguaje (LLM) que alimentan a empresas como OpenAI o Anthropic, la generación de energía para estos gigantescos centros de datos se ha vuelto un problema significativo. Tanto que hay empresas que ya planean construir pequeñas centrales nucleares en miniatura para alimentarlos. Un supercomputador de alto rendimiento contemporáneo puede consumir en un año lo mismo que un municipio de unos 20.000 habitantes; si se quisiera generar esa energía de manera renovable, por ejemplo, harían falta hasta cuatro hectáreas de paneles solares. Solo los sistemas de enfriamiento requieren tanta alimentación como un gran hospital. También preocupan las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera, equivalentes a las de decenas de miles de vehículos cada año. Según algunas estimaciones basadas en cifras promediadas, el consumo conjunto de los 500 superordenadores más potentes del mundo es muy similar al de países pequeños como Chipre o Luxemburgo.

Como la de internet, la historia de los supercomputadores es indivisible de la de la guerra. En 1964, el primero de ellos, llamado CDC 6600, fue dedicado a la resolución de ecuaciones nucleares y el modelo de sistemas militares. No sería hasta mucho más tarde que estas infraestructuras se dedicarían a la resolución de problemas civiles, como la secuenciación del genoma o la exploración del espacio exterior.

En la actualidad, algunos de los usos más comunes de la también llamada computación de alto rendimiento (HPC, por sus siglas en inglés) tienen que ver, por ejemplo, con la creación y testeo de modelos que predicen el impacto del calentamiento global y el cambio climático con décadas de antelación; algo que ha permitido, por ejemplo, poner al mundo en alerta sobre la posibilidad de la desaparición del sistema de circulación del Atlántico Norte (AMOC). También tienen significativos usos médicos a través, por ejemplo, de la simulación de proteínas necesarias para desarrollar fármacos para luchar contra enfermedades como el covid o el Alzheimer, y son fundamentales para el diseño de los reactores de fusión nuclear, que podrían ser el próximo gran avance de la humanidad. Finalmente, el entrenamiento de modelos recientes como GPT-4o o DeepSeek sería imposible sin la computación de alto rendimiento.

La historia de la computación de alto rendimiento en la provincia es indisoluble de la de la Universidad de Granada (UGR) y se remonta hasta 1989, cuando la institución adquirió el primer ordenador dedicado exclusivamente a actividades de cálculo intensivo y científicas. Este, llamado Nevada, permitió además que existieran por primera vez los correos electrónicos de la UGR.

Evolución la computación de alto rendimiento en Granada

1989

Se adquiere el primer ordenador dedicado exclusivamente a actividades científicas y cálculo intensivo, llamado NEVADA. También posibilitó el comienzo del servicio de correo electrónico en la UGR.

1995

Se adquiere un Silicon Graphicks, modelo SGI Power Challenge, con 12 procesadores MIPS R8000 a 86 Mhz.

2002

Continuando con Silicon Graphics, se sustituyó el Power Challenge por un Origin 3400, de nombre MULHACÉN. [32 Gflops Linpack]

2004

Se adquiere al CIEMAT un nuevo armario de procesadores y memoria modelo Origin 3800. MULHACEN duplica su capacidad, con 64 procesadores y 64 Gbytes de RAM, alcanzando 74 Gflops de potencia de cálculo.

2007

Se produce la transición desde arquitecturas de Memoria Compartida hacia el modelo de Memoria Distribuida, con la adquisición a Sun Microsystems de UGRGRID. [4,2 TFlops]

Puesto 467 en la lista de los 500 ordenadores más potentes del mundo (TOP500 junio 2007).

2013

Continúa la mejora del servicio hasta 31.6 TeraFlops con la adquisición a Fujitsu de ALHAMBRA.

5 nodos con uso de GPU (tarjetas gráficas dedicadas a cómputo).

2021

Ampliación del servicio hasta 40 TeraFlops. Adquisición de ALBAICÍN.

Evolución la computación de alto rendimiento en Granada

1989

Se adquiere el primer ordenador dedicado exclusivamente a actividades científicas y cálculo intensivo, llamado NEVADA. También posibilitó el comienzo del servicio de correo electrónico en la UGR.

1995

Se adquiere un Silicon Graphicks, modelo SGI Power Challenge, con 12 procesadores MIPS R8000 a 86 Mhz.

2002

Continuando con Silicon Graphics, se sustituyó el Power Challenge por un Origin 3400, de nombre MULHACÉN. [32 Gflops Linpack]

2004

Se adquiere al CIEMAT un nuevo armario de procesadores y memoria modelo Origin 3800. MULHACEN duplica su capacidad, con 64 procesadores y 64 Gbytes de RAM, alcanzando 74 Gflops de potencia de cálculo.

2007

Se produce la transición desde arquitecturas de Memoria Compartida hacia el modelo de Memoria Distribuida, con la adquisición a Sun Microsystems de UGRGRID. [4,2 TFlops]

Puesto 467 en la lista de los 500 ordenadores más potentes del mundo (TOP500 junio 2007).

2013

Continúa la mejora del servicio hasta 31.6 TeraFlops con la adquisición a Fujitsu de ALHAMBRA.

5 nodos con uso de GPU (tarjetas gráficas dedicadas a cómputo).

2021

Ampliación del servicio hasta 40 TeraFlops. Adquisición de ALBAICÍN.

Evolución la computación de alto rendimiento en Granada

1989

Se adquiere el primer ordenador dedicado exclusivamente a actividades científicas y cálculo intensivo, llamado NEVADA. También posibilitó el comienzo del servicio de correo electrónico en la UGR.

1995

Se adquiere un Silicon Graphicks, modelo SGI Power Challenge, con 12 procesadores MIPS R8000 a 86 Mhz.

2002

Continuando con Silicon Graphics, se sustituyó el Power Challenge por un Origin 3400, de nombre MULHACÉN. [32 Gflops Linpack]

2004

Se adquiere al CIEMAT un nuevo armario de procesadores y memoria modelo Origin 3800. MULHACEN duplica su capacidad, con 64 procesadores y 64 Gbytes de RAM, alcanzando 74 Gflops de potencia de cálculo.

2007

Se produce la transición desde arquitecturas de Memoria Compartida hacia el modelo de Memoria Distribuida, con la adquisición a Sun Microsystems de UGRGRID. [4,2 TFlops]

Puesto 467 en la lista de los 500 ordenadores más potentes del mundo (TOP500 junio 2007).

2013

Continúa la mejora del servicio hasta 31.6 TeraFlops con la adquisición a Fujitsu de ALHAMBRA.

5 nodos con uso de GPU (tarjetas gráficas dedicadas a cómputo).

2021

Ampliación del servicio hasta 40 TeraFlops. Adquisición de ALBAICÍN.

Evolución la computación de alto rendimiento en Granada

1989

Se adquiere el primer ordenador dedicado exclusivamente a actividades científicas y cálculo intensivo, llamado NEVADA. También posibilitó el comienzo del servicio de correo electrónico en la UGR.

1995

Se adquiere un Silicon Graphicks, modelo SGI Power Challenge, con 12 procesadores MIPS R8000 a 86 Mhz.

2002

Continuando con Silicon Graphics, se sustituyó el Power Challenge por un Origin 3400, de nombre MULHACÉN. [32 Gflops Linpack]

2004

Se adquiere al CIEMAT un nuevo armario de procesadores y memoria modelo Origin 3800. MULHACEN duplica su capacidad, con 64 procesadores y 64 Gbytes de RAM, alcanzando 74 Gflops de potencia de cálculo.

2007

Se produce la transición desde arquitecturas de Memoria Compartida hacia el modelo de Memoria Distribuida, con la adquisición a Sun Microsystems de UGRGRID. [4,2 TFlops]

Puesto 467 en la lista de los 500 ordenadores más potentes del mundo (TOP500 junio 2007).

2013

Continúa la mejora del servicio hasta 31.6 TeraFlops con la adquisición a Fujitsu de ALHAMBRA.

5 nodos con uso de GPU (tarjetas gráficas dedicadas a cómputo).

2021

Ampliación del servicio hasta 40 TeraFlops. Adquisición de ALBAICÍN.

Entre mediados de los noventa y principios de siglo, la institución continuó ampliando la capacidad de procesamiento de los equipos y adquirió un nuevo computador, llamado Mulhacén, que fue de nuevo mejorado en 2004 hasta alcanzar los 74 gigaflops, o 74.000 millones de operaciones de punto flotante por segundo.

Poco después, en el año 2007, la universidad daba un alto de calidad y potencia con la adquisición de UGRGrid, que alcanzaba los 4,2 teraflops, o 4,2 billones de operaciones por segundo. Es la primera vez que la UGR estuvo en la lista de los 500 supercomputadores más potentes del mundo; en concreto, ocupó el lugar 467.

Desde entonces, se han continuado las mejoras en los sistemas existentes. En 2013, se adquirió a Fujitsu el sistema Alhambra, los primeros con nodos de procesamiento con tarjetas gráficas, lo que elevó la capacidad de rendimiento hasta los 31,6 teraflops. La cifra se elevó hasta los 40 en 2021 con la implantación del sistema Albaicín.