Vea este video sobre el tamaño del microprocesador de Intel en HowStuffWorks. Los gurús de la ciencia Adam Savage y Jamie Hyneman muestran cómo los increíbles transistores que se encogen están ayudando a meter el rendimiento de supercomputadoras antiguas y de gran tamaño en máquinas pequeñas y elegantes. A medida que nuestros dispositivos están cada vez más preparados para la Web y nos alejamos del paradigma de la informática personal, la mayoría de nosotros imaginamos las "supercomputadoras" como esas grandes y divertidas supercomputadoras Cray e IBM con las que soñaron los Baby Boomers, con un millón de luces parpadeantes y manivelas y palancas Pero en todo el mundo, los sistemas paralelos gigantes, ¡a veces se parecen un poco más a las viejas supercomputadoras de lo que piensas! -- aún se están desarrollando.
La mayoría de nosotros estamos familiarizados con la Ley de Moore, que dice en su forma más básica que los chips de computadora duplicarán su potencia cada 18 a 24 meses. Es fácil olvidar que esto no solo se aplica a nuestras computadoras portátiles y de escritorio. Todos nuestros dispositivos electrónicos se benefician del mismo ciclo de mejora:velocidad de procesamiento, sensibilidad del sensor, memoria e incluso los píxeles de tu cámara o teléfono. Pero los chips solo pueden volverse tan pequeños y poderosos antes de que se activen ciertos efectos debido a la mecánica cuántica, y algunos expertos dicen que esta tendencia, que ha sonado sorprendentemente cierta en los últimos 50 años, puede disminuir en la próxima década a medida que nos acercamos. al límite real de lo que nuestros materiales actuales pueden hacer [fuente:Peckham].
Nuestros teléfonos y tabletas pueden ser el resultado de reducir cantidades asombrosas de potencia informática a algo que se puede llevar a la playa, pero solo estamos viendo la cara de todos esos datos. Detrás de escena, la "nube" requiere más información y cómputos más rápidos que nunca, aumentando de manera tan constante como la calidad y la cantidad de datos que disfrutamos en nuestro lado de la pantalla. Desde las películas de alta definición que transmitimos, hasta el clima, el tráfico y otra información satelital que ya usamos a lo largo de nuestros días, el futuro se encuentra en el simple procesamiento de números. Y eso es lo que mejor hacen las supercomputadoras.
Contenido- ¡Exaflops y más!
- Supercomputadoras verdes
- El cerebro artificial
- Sistemas meteorológicos y modelos complejos
- Mundos simulados
5:¡Exaflops y más!
La miniaturización de los componentes de los chips es solo la mitad de la historia. En el otro lado de la balanza, está la supercomputadora:configuraciones personalizadas, construidas para potencia. En 2008, IBM Roadrunner rompió la barrera de un petaflop:un cuatrillón de operaciones por segundo [fuente:IBM]. (FLOPS significa "operaciones de punto flotante por segundo" y es el estándar que usamos para hablar sobre las supercomputadoras que se usan para cálculos científicos, como las que estamos hablando en este artículo).
Expresado en notación científica, un petaflop se mide en una escala de 10^15 operaciones por segundo. Una computadora exaflop, que los expertos predicen que llegará en 2019, funciona a 10 ^ 18, o mil veces más rápido que las computadoras petaflop que estamos viendo ahora [fuente:HTNT]. En aras de la comparación, en junio de 2011, las 500 supercomputadoras más rápidas del mundo juntas tendrían menos de 60 petaflops de potencia. Continuando hacia el futuro, los zettaflops mejoran en la misma escala, dándonos 10^21 operaciones por segundo para 2030, y luego vienen los yottaflops, a 10^24 [fuente:TOP500].
Pero, ¿qué significan realmente esos números? Bueno, para empezar, se cree que una simulación completa del cerebro humano será posible para 2025, y dentro de 10 años, las computadoras zettaflop deberían poder predecir con precisión todo el sistema meteorológico con dos semanas de anticipación.
Top500.orgDesde 1993, el proyecto TOP500 ha sido el recurso central para rastrear y detectar tendencias de supercomputación. Dos veces al año, se publica una lista ordenada de los sistemas informáticos más potentes actualmente en funcionamiento. Estas clasificaciones se basan en un conjunto específico de criterios, el punto de referencia Linpack, que implica ejecutar una supercomputadora a través de varias ecuaciones lineales densas y medir sus tiempos de respuesta. TOP500 adjunta las especificaciones de cada sistema, así como las áreas en las que se utilizará.
En la Conferencia Internacional de Supercomputación de 2012 en Hamburgo, Alemania, una supercomputadora estadounidense encabezó la lista por primera vez desde 2009:Sequoia de IBM, que está instalada en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore del Departamento de Energía, obtuvo una puntuación Linpack de 16,32 petaflops [fuente:Perry]. Sequoia destronó a K Computer de Japón, que a su vez ocupó el primer lugar de Tianhe-1A de China un año antes, con una puntuación superior a 10 petaflops [fuente:TOP500].
4:Supercomputadoras verdes
Ventiladores de enfriamiento de CPU como este son algo común:las computadoras en realidad gastan más de la mitad de su energía tratando de manejar su temperatura. Los ingenieros de supercomputadoras siempre están en la búsqueda de formas mejores y más eficientes de mantener las cosas funcionando más frías. Todo ese poder tiene un costo. Si alguna vez te ha fallado un disipador de calor que ha bloqueado tu computadora de escritorio, o te sentaste con una computadora portátil en tu regazo durante más de unos minutos, sabes cuál es el costo:las computadoras usan una gran cantidad de energía que produce calor. De hecho, uno de los mayores desafíos para los desarrolladores de supercomputadoras es encontrar una manera sensata de instalar y usar las poderosas máquinas sin fallas de hardware o daño creciente a la tierra. Después de todo, uno de los principales usos de las simulaciones meteorológicas será monitorear las fluctuaciones de carbono y temperatura, por lo que no sería muy inteligente agregarlo al mismo problema que los climatólogos están tratando de resolver.
Cualquier sistema informático es tan útil como su peor día, por lo que mantener fríos esos circuitos calientes es de gran interés. De hecho, más de la mitad de la energía utilizada por las supercomputadoras se destina directamente a la refrigeración. Pero dado que el futuro de la supercomputación está ligado a otras ciencias de vanguardia y agendas futuristas, las preocupaciones ecológicas ya son un asunto de gran importancia para los ingenieros informáticos de alto rendimiento [fuente:Jana]. Las soluciones ecológicas y la eficiencia energética son parte de cada proyecto de supercomputadora en curso y, de hecho, la eficiencia de Sequoia fue una gran razón secundaria por la que la supercomputadora de IBM debutó con tanta fanfarria.
Desde el enfriamiento con "aire libre", es decir, formas de ingeniería para introducir aire exterior en el sistema, hasta diseños de hardware que maximizan el área de superficie, los científicos intentan ser tan innovadores con la eficiencia como lo son con la velocidad. Una de las ideas más interesantes que están usando varios equipos es hacer funcionar el sistema en un líquido conductor que recoge el calor y luego se canaliza a través de la estructura que alberga los bancos de computadoras. Calentar el agua y las habitaciones al mismo tiempo que se enfría el equipo es una idea que tiene muchas aplicaciones más allá de los sitios de supercomputadoras, pero los proyectos en la lista de TOP500 están tomando ideas como estas muy en serio.
Abordar las preocupaciones ecológicas y de eficiencia no solo es una buena idea para nuestro planeta, sino que también es necesario para que las máquinas funcionen. Quizás no sea la aplicación más glamorosa que esta investigación puede prometernos al resto de nosotros, ¡y le prometieron tendencias futuristas!
3:El cerebro artificial
Hablemos de lo que sucede entre 2025 y 2030, cuando las supercomputadoras puedan mapear el cerebro humano [fuente:Shuey]. Un científico de la Universidad de Syracuse estimó en 1996 que nuestros cerebros tienen una capacidad de memoria entre uno y 10 terabytes, probablemente alrededor de tres [fuente:MOAH]. Por supuesto, esta no fue una comparación muy útil, ya que nuestros cerebros no funcionan de la misma manera que las computadoras. ¡Pero dentro de los próximos 20 años, las computadoras deberían poder funcionar de la misma manera que lo hacen nuestros cerebros!
De la misma manera que las supercomputadoras ya son útiles para mapear y afectar el genoma humano, producir soluciones y predecir problemas y predilecciones médicas heredadas, los modelos precisos del cerebro humano significarán grandes avances en el diagnóstico, los tratamientos y nuestra comprensión de las complejidades del pensamiento humano. y emoción Junto con la tecnología de imágenes, los médicos podrían identificar áreas problemáticas, simular diferentes formas de tratamiento e incluso llegar a la raíz de muchas preguntas que nos han atormentado desde el principio de los tiempos. Los chips implantables e injertables y otras tecnologías podrían ayudar a controlar e incluso cambiar los niveles de serotonina y otras sustancias químicas cerebrales relacionadas con los trastornos del estado de ánimo, mientras que las principales disfunciones y lesiones cerebrales podrían simplemente revertirse.
Más allá de los avances médicos que esta tecnología nos ayudará a alcanzar, también está el pequeño asunto de la inteligencia artificial (IA). Si bien la potencia informática de rendimiento medio ya nos brinda una IA poderosa, sin mencionar los sistemas inteligentes que ya recomiendan selecciones personalizadas de televisión, películas, libros sobre algoritmos de IA o las horas que pasamos chateando con Siri y programas similares de inteligencia virtual. un nivel similar al humano de complejidad "mental" significa aplicaciones para la verdadera IA. Imagine un Web MD que realmente responda como un médico, brindando niveles de atención expertos a las preguntas que hace. Y luego, amplíe ese concepto más allá de las preocupaciones médicas, a expertos virtuales, explicando todo lo que necesita saber en un entorno cómodo y conversacional.
2:Sistemas meteorológicos y modelos complejos
A medida que las supercomputadoras se vuelven progresivamente más avanzadas, su capacidad para crear modelos predictivos del clima también aumentará. En lugar de esperar a que aparezcan fenómenos meteorológicos como esta tormenta y luego analizar los datos relacionados con ellos, Se espera que para 2030, las supercomputadoras zettaflop puedan modelar con precisión todos los sistemas meteorológicos de la Tierra al menos dentro de dos semanas [fuente:Thorpe]. Estamos hablando de 99 a 100 por ciento de simulaciones precisas de todo nuestro planeta y ecosfera, con predicciones locales y globales disponibles con solo presionar un botón. Dejando a un lado los desastres, puede parecer una aplicación relativamente especializada:más allá de programar una boda o unas vacaciones, ¿cuándo fue la última vez que necesitó saber el pronóstico del tiempo con semanas o meses de antelación? -- pero considere la escala de información aquí.
El clima de la Tierra es un sistema tan complejo que se invoca regularmente en la discusión de la teoría del caos, la mayor cantidad de complejidad que la mayoría de nosotros podemos comprender:"¿El batir de las alas de una mariposa en Brasil provocó un tornado en Texas?" fue la pregunta clásica formulada por primera vez por Philip Merilees en 1972 (aunque el concepto de complejidad meteorológica en este contexto se remonta a 1890 con Poincaré) [fuente:Wolchover]. Es difícil imaginar un sistema más complejo a mayor escala que el de nuestros patrones y sistemas climáticos, cuando lo piensas así.
La producción de alimentos y la agricultura, los efectos del clima en otros proyectos científicos a gran escala (como lanzamientos de transbordadores o expediciones polares, por ejemplo) y el socorro preventivo en casos de desastre son solo algunos de los cambios significativos, y que salvan vidas, que ofrece este tipo de potencia informática. nosotros.
Y, por supuesto, los sistemas meteorológicos son solo la punta de la capa de hielo, aquí:si puede imaginar patrones climáticos perfectamente simulados, es solo un salto al modelado adecuado de cualquier sistema similarmente grande y complejo. Se podrían realizar planetas y mundos enteros en el silicio y la electricidad de las supercomputadoras del mañana.
1:Mundos simulados
La mayoría de nosotros estamos familiarizados con los entornos de juegos multijugador en línea y podemos recordar cuando los entornos artificiales como "Second Life" estaban de moda. Las realidades virtuales han sido un tema candente de la ciencia ficción durante al menos un siglo. Pero cuando pones estas ideas en la tolva con las capacidades de la supercomputación a la vuelta de la esquina, los entornos de juegos y juegos de rol se vuelven útiles para mucho más que entretenimiento.
Si bien no hay duda de que habrá un desarrollo asombroso en la línea de "Second Life" y "The Matrix" (y los cambios culturales y sociales que conlleva), el concepto de superposición de datos en nuestra vida diaria es aún más excitante y útil aplicación de todo este poder. Las visitas históricas guiadas, las direcciones dinámicas de GPS y las reseñas de restaurantes en línea ya muestran esta tecnología en sus inicios. Pero imagina acelerar esas simulaciones de patrones climáticos, poniendo elementos caóticos como mentes y comportamientos humanos, y puedes probar teorías de ingeniería civil, planificación urbana e incluso desigualdades en alimentos y recursos.
Las supercomputadoras no tendrán que adivinar esa información, aunque serían geniales en eso:pueden tomar información de todas las fuentes posibles, desde los últimos tweets de tendencias hasta patrones de tráfico y uso de la red de energía, y crear modelos en tiempo real. de ellos para regular no solo los factores en curso, sino también planificar para el futuro. Los apagones continuos, la escasez de gas e incluso el embotellamiento en torno a eventos de gran concurrencia como los Juegos Olímpicos serán cosa del pasado.
Con Internet Wi-Fi omnipresente listo para conquistar el país y el mundo, brindando conectividad 4G a las próximas generaciones, el mundo simulado verdaderamente poderoso algún día no será diferente del mundo en el que ya vivimos, solo mejor. Será más informado, más personalizado y, sobre todo, nos empoderará como individuos y como civilización para aprovechar al máximo esa información. Y toda esta información y posibilidades dinámicas le serán brindadas por el poder de desempeño de las supercomputadoras que recién ahora estamos dando vida.
Nota del autor:5 tendencias futuristas en supercomputación
Como usuario dedicado de la nube, prefiero viajar ligero. Personalmente, solo uso alrededor de un gigabyte del disco duro de mi computadora, por lo que puedo acceder a mis medios y proyectos de trabajo desde cualquier dispositivo que sea más conveniente. Pero al enterarme de cómo las supercomputadoras están cambiando el enfoque de la potencia informática aún más lejos de mi teléfono y tableta, me sorprendió ver cuántas oportunidades verdaderamente futuristas para mejorar nuestras vidas están a nuestro alcance.