En el cuento de Lewis Carroll “A través del espejo y lo que Alicia encontró allí”, tiene lugar una carrera entre Alicia y la Reina Roja, en donde las dos competidoras no pueden avanzar ni un metro por más que corren. Le dice la Reina Roja a Alicia: “Aquí, como ves, hay que correr todo lo que puedas para permanecer en el mismo lugar. Si quieres llegar a otro sitio, ¡tienes que correr al menos el doble de rápido!”.
Es lo mismo con la llamada supercomputación. Además de las muy difundidas computadoras personales y de escritorio, existen ahora computadoras especialmente diseñadas para poder realizar cálculos tan complejos como los que se necesitan para predecir el clima o para simulaciones geológicas. Se trata generalmente de agrupamientos, llamados clusters, de cientos o miles de servidores, cada uno con múltiples nodos de computación que pueden proporcionar millones y millones de operaciones por segundo.
Las computadoras operan con números. Si solo pueden operar con enteros, se dice que aplican “aritmética entera”. Calcular dos más dos es su fuerte. Si la computadora puede operar con números con punto decimal, como 2.5 y 3.7, hay dos posibilidades. Si el número de posiciones después del punto decimal es fijo, como cuando operamos con pesos y centavos y nos encontramos números como 2.54 y 12.37, decimos que la computadora es de “punto fijo”. Al inicio de la era de la computación se vendían este tipo de computadoras. Si el número de cifras antes y después del punto decimal es variable, por ejemplo, si podemos operar con el número 123.1, o bien 0.000567, decimos que la computadora es de “punto flotante”. Es como si, dados cincuenta dígitos decimales, el punto decimal pudiera flotar entre una posición y otra sin impedimentos. En alemán se dice que el punto se “desliza” entre todas las opciones posibles. Operaciones de punto flotante son más complicadas de implementar en las computadoras, pero son muy necesarias en la ingeniería para abarcar desde grandes valores numéricos hasta resultados muy pequeños.
El fuerte de una supercomputadora es realizar adiciones, sustracciones, multiplicaciones y divisiones lo más rápidamente posible. En los años ochenta del siglo pasado, una supercomputadora podía realizar hasta cinco gigaoperaciones por segundo. El prefijo Mega se refiere a un millón de cosas, mientras que Giga corresponde a miles de millones. A las operaciones de punto flotante por segundo se les llama “Flops” (que quiere decir, en inglés, “floating-point operations per second). Una supercomputadora de los ochenta podía calcular a una velocidad de 5 o más gigaflops.
De los Gigaflops pasamos a los Teraflops (millón de millones de Flops), y actualmente a los Petaflops (miles de Teraflops). Pero ya estamos en el umbral de los Exaflops (millones de Teraflops). La supercomputadora más rápida del mundo, llamada “El Capitán”, y alojada en el Laboratorio Nacional Livermore en California, puede computar a una velocidad de 1.7 Exaflops, que son 1700 Petaflops. Esas enormes velocidades de cálculo son necesarias para el pronóstico del clima, o bien para realizar simulaciones geológicas y cosmológicas.
Libro Alicia a través del espejo de Lewis Carroll
En los años ochenta todavía se definía a una supercomputadora como aquella que ha costado más de un millón de dólares. En la actualidad, la inflación y el avance de la tecnología han hecho obsoleta esa acepción de la palabra. Sin embargo, existe una lista anual de las 500 computadoras o clusters más potentes del mundo, la llamada Lista TOP500, que se publica dos veces por año. En la lista, la potencia computacional se mide por el número máximo de FLOPS que proporciona cada sistema.
Dado el avance exponencial de la computación, que en solo diez años convierte a una computadora de punta en chatarra tecnológica, me parece que la definición más apropiada de lo que es una supercomputadora es, simplemente, que aparezca en la lista TOP500. Para entrar a la lista en 2015, un sistema necesitaba alcanzar al menos 0.165 Petaflops de potencia. Hoy en día, diez años después, se necesita estar por arriba de 2.44 Petaflops solo para poder ocupar el último lugar de la tabla (es decir, se requiere 15 veces más potencia que en 2015). Se trata por ello de una barrera dinámica, en constante movimiento, y que es determinada por el avance del mercado de supercomputadoras. Como Alicia detrás del espejo, países que desean tener siempre una supercomputadora disponible no pueden dejar de correr y correr.
La lista TOP500 de supercomputadoras es administrada por un consorcio internacional encabezado por varios investigadores, con el apoyo institucional del Lawrence Berkeley National Laboratory (LBNL), la Universidad de Tennessee y el Leibniz Supercomputing Center; esta clasificación ordena a los sistemas según su desempeño medido por un benchmark de software llamado LINPACK (HPL). Para ingresar a la tabla, los responsables de un sistema deben ejecutar y reportar oficialmente los resultados del benchmark HPL bajo las reglas establecidas por el TOP500, proporcionando además información técnica verificable sobre la arquitectura, número de procesadores, interconexión y eficiencia, tras lo cual los resultados son validados por el comité del TOP500 antes de su inclusión en la lista.
La utilidad de una definición como la que aquí propongo para una supercomputadora es que: 1) no depende del valor del dólar, 2) representa una frontera variable a medida que avanza la tecnología, 3) se basa en mediciones verificables, y 4) limita el número de supercomputadoras en el mundo a solo 500. Para expresar la definición en una forma más clara, esta sería:
Una supercomputadora es un sistema que pertenece, en un momento dado, al conjunto de las 500 máquinas con mayor desempeño medido por un benchmark de cómputo científicamente relevante.
