SUPERCOMPUTADORAS

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SUPERCOMPUTADORAS

• Equipo 4
• Claudia Adriana Cedillo Plascencia.
• Evelyn Alibeth Farías
• Ana Marcela Uribarren Bravo

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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.

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• 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.

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• 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.

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• 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.

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• La supercomputación vivió su época de gloria en
  los años 70s 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 .

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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).

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• 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.

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• 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.

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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.

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Manchester mark
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Los sistemas ferranti ATLAS (60s)

• 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.

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• 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.

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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.

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• 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.

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CRAY (70s)

• 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.

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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.

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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.

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(No Transcript)
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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.

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• 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.

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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

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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

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• 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).

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• 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.

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• 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.

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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

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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 PCs Intel, estaciones de trabajo
  RS/6000 y mainframes 390).

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• 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

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EL ASCI RED operativo al completo consigue 1,3
Teraops
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• 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

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• 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.

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• 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.

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• 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

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• 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.

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• 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

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•            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.

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TABLA RANKING
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(No Transcript)
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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.

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(No Transcript)
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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.           
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•           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

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      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.  
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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.
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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.
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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.
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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