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Las primeras supercomputadoras: los albores de la era del big data

Las primeras supercomputadoras: los albores de la era del big data

Incluso en la era anterior a las computadoras, la humanidad necesitaba computadoras que pudieran trabajar con grandes cantidades de datos. Ya en la primera mitad En el siglo XX, los investigadores comenzaron a pensar en formas de automatizar varios cálculos. Varias décadas después, aparecieron las primeras supercomputadoras. ¿Cómo eran ellos?

¿Qué se considera una supercomputadora?

La supercomputación se mencionó por primera vez hace casi un siglo, cuando IBM expandió la producción en masa de tabuladores, máquinas electromecánicas que realizan rápidamente operaciones aritméticas. El término «supercomputadora» se hizo muy popular en la década de 1960, cuando comenzaron a aparecer las primeras computadoras de alto rendimiento. Sin embargo, todavía no hay consenso sobre qué se puede considerar una supercomputadora. Gordon Bell, a finales de la década de 1980, señaló con cierta ironía que una supercomputadora es una computadora que pesa más de una tonelada.

En general, podemos decir que una supercomputadora es una computadora que supera a la mayoría de las computadoras existentes en el mundo en términos de velocidad de procesamiento.

Las supercomputadoras modernas son muchas computadoras servidor conectadas por una red troncal de alta velocidad. El rendimiento de la supercomputadora se mide en fracasos. Flops muestra cuántas operaciones de punto flotante por segundo puede realizar la computadora. Por ejemplo, la supercomputadora Summit utilizada por el Departamento de Energía de EE. UU. Tiene un rendimiento de 122,3 petaflops (décimo decimoquinto flops). La computadora ENIAC (1946) no superó los 500 flops.

Las primeras supercomputadoras en toda regla se denominan a menudo máquinas de la familia CDC, sobre todo CDC 6600, desarrollada en 1962-1963 por el equipo de Seymour Cray.

Serie de computadoras Centro para la Prevención y el Control de Enfermedades

A fines de la década de 1950, Seymour Cray decidió usar transistores de germanio en lugar de tubos de vacío para crear computadoras de alto rendimiento. La primera computadora transistorizada de alto rendimiento, la CDC 1604, se lanzó en 1960. La velocidad del reloj del procesador era de 0,2 MHz, un gran indicador para principios de la década de 1960.

Después de un año y medio, quedó claro que la capacidad del CDC 1604 puede que ya no sea suficiente para las necesidades del ejército y la industria estadounidenses. En 1962, Cray decidió reemplazar los transistores de germanio por transistores planos de silicio. Los transistores de silicio tenían una velocidad de conmutación más rápida que las puertas lógicas. Esto ayudó a aumentar significativamente el rendimiento de la computadora sin aumentar el tamaño de la computadora.

Sin embargo, al crear una nueva computadora, Cray y sus colegas enfrentaron dificultades significativas. La refrigeración por aire tradicional ya no era suficiente: el sistema se sobrecalentaba bajo carga. Como resultado, el ingeniero Dean Roush desarrolló un nuevo sistema de refrigeración con radiadores de aluminio. El calor se eliminó de las tablas a las tuberías. En estos tubos se usaba freón, al igual que en los refrigeradores. Se han instalado módulos de refrigeración en todo el superordenador. La nueva computadora constaba de cuatro módulos principales montados en cruz.

Fuente: ygdes.com

En 1963, la nueva computadora CDC 6600 estaba lista. Además de los módulos de procesamiento principales, también se diseñó una consola de control de supercomputadora.

Fuente: wikimedia.org

El procesador principal de la computadora realizó solo operaciones lógicas y aritméticas. El trabajo con la E / S se confió a los coprocesadores, lo que permitió obtener una serie de resultados notables: el rendimiento de la computadora aumentó significativamente con un tamaño relativamente pequeño (unos 4,5 metros por 4,5 y 2 metros de altura). El CDC 6600 realiza 3 millones de operaciones por segundo y cuesta solo $ 7 millones. A modo de comparación: la computadora IBM 7030 de 1961 fue tres veces menos productiva y costó $ 13.5 millones.

En 1964 se introdujo la supercomputadora CDC 6400, una versión un poco menos potente pero mucho más barata de la CDC 6600. Esta versión de la computadora fue utilizada por el ejército estadounidense durante varios años y en 1969 la compañía CDC incluso recurrió al gobierno estadounidense. Los desarrolladores ofrecieron vender una supercomputadora a Ereván para trabajar en una fuente de radiación de sincrotrón (los científicos soviéticos acordaron proporcionar los resultados de los cálculos a sus colegas estadounidenses). Es cierto que en 1970 el gobierno de los Estados Unidos se negó a vender la computadora a la URSS. Como resultado, los científicos soviéticos comenzaron a desarrollar sus propias supercomputadoras.

Supercomputadoras soviéticas

Los especialistas soviéticos, por supuesto, también entendieron que la industria de la defensa no podía prescindir de las computadoras de alto rendimiento. El diseñador jefe Sergei Alekseevich Lebedev a mediados de la década de 1960, independientemente de los desarrollos en IBM, ideó el principio de combinar la ejecución de comandos. Los prototipos de la primera supercomputadora soviética podían ejecutar hasta 14 instrucciones de máquina simultáneamente. El funcionamiento del dispositivo aritmético lógico, los módulos RAM y los dispositivos de entrada y salida se realizó de forma asincrónica. Durante los cálculos, los comandos y los datos se almacenaron en un dispositivo de búfer separado. Leyendo del búfer, los cálculos se realizaron más rápido.

La primera supercomputadora soviética se lanzó en 1967 BESM-6

Fuente: besm-6.ru

En el momento de su lanzamiento, esta computadora se convirtió en la más productiva de Europa: la frecuencia de reloj del procesador principal era de 9 MHz, la velocidad era de aproximadamente 1 millón de operaciones por segundo y la RAM era de 32 KB. El único inconveniente en comparación con las computadoras de la serie CDC estadounidenses era el tamaño de la máquina: su instalación requería una sala de computadoras con un área de al menos 225 metros cuadrados. Para la fabricación de una copia del BESM-6, se necesitaron 60 mil transistores y 180 mil diodos.

Ya después del inicio de la producción en serie del BESM-6 en la URSS, apareció el superordenador estadounidense CDC 6200 de todos modos: se instaló en el Instituto de Investigación Nuclear de Dubna en 1972 para el desarrollo del «átomo pacífico». A principios de la década de 1970, tanto el BESM-6 como el CDC 6600 ya habían comenzado a volverse obsoletos gradualmente: se creó la computadora CDC 7600 con un reloj de procesador de 37 MHz. Con un poco de retraso, los diseñadores soviéticos comenzaron a copiar y luego creativamente Desarrollar los principios detrás de las supercomputadoras de los CDC. La idea de modularidad llevó al desarrollo en 1973 de «equipos para la interfaz con BESM-6», que le permite conectar módulos adicionales a BESM-6. Como resultado, la cantidad de RAM en las supercomputadoras soviéticas aumentó a 128 KB y fue posible conectar dispositivos periféricos adicionales.

Una nueva generación de supercomputadoras

Un avance significativo en el campo de las supercomputadoras fue la transición de los transistores a los circuitos integrados. La mayor densidad de llenado de las puertas lógicas permite un rendimiento sin precedentes.

En 1974 se aprobaron las primeras pruebas de la nueva computadora Cray-1: como se puede adivinar, el desarrollo fue dirigido por Seymour Cray. Por primera vez en el desarrollo de una supercomputadora, se utilizaron microcircuitos que garantizaban la frecuencia de reloj del procesador principal de 80 MHz. La primera demostración de la nueva computadora Cray-1 en 1975 terminó con un triunfo: los laboratorios de investigación de EE. UU. verdadera batalla por las supercomputadoras. A fines de la década de 1970, surgió un sistema operativo completo para computadoras Cray, junto con su propio lenguaje ensamblador y compilador FORTRAN. El rendimiento de las computadoras de la serie Cray-1 alcanzó los 133 megaflops.

Por lo tanto, a mediados de la década de 1970, la era de las supercomputadoras de transistores comenzó a terminar. Sin embargo, en los Estados Unidos, las supercomputadoras de transistores se utilizaron activamente hasta principios de la década de 1980, y en la URSS las modificaciones del BESM-6 ya no se produjeron hasta 1987. Pero a mediados de la década de 1970 estaba claro: el futuro pertenece a los microcircuitos. Así, después de una década y media, terminó la historia de la primera generación de supercomputadoras.