COMPUTACIN DE ALTO DESEMPEO INTRODUCCIN El campo de computacin de alto desempeo(High performance Computing o HPC en ingls) es una herramienta muy importante en el desarrollo de simulaciones computacionales a problemas complejos. Para lograr este objetivo, la computacin de alto rendimiento se apoya en tecnologas computacionales como los clusters, supercomputadores o mediante el uso de la computacin paralela. La mayora de las ideas actuales de la computacin distribuida se han basado en la computacin de alto rendimiento. MOTIVOS Importancia de poder satisfacer los requisitos crecientes de poder de cmputo Problemas complicados. Modelos complejos. Grandes volmenes de datos. HERRAMIENTA O TECNICA DE APOYO Procesamiento paralelo Varios procesos cooperan para resolver problema comn. Aplicacin de tcnicas de divisin de tareas o de datos para reducir el tiempo de ejecucin de un proceso o una aplicacin, mediante la resolucin simultnea de algunos de los sub-problemas generados. HERRAMIENTA O TECNICA DE APOYO Computador paralelo Conjunto de procesadores capaces de trabajar cooperativamente en la resolucin de problemas computacionales. La definicin incluye un amplio espectro: supercomputadoras, procesadores masivamente paralelos (MPP), clusters, etc. Caracterstica fundamental: disponibilidad de mltiples recursos de cmputo. EVOLUCIN TECNOLGICA Posibilitada por avances en diferentes tecnologas: Poder de procesamiento (microprocesadores). Redes (comunicacin de datos). Desarrollo de bibliotecas e interfaces para programacin. EVOLUCIONINFRAESTRUCTURA La tecnologa ha avanzado, permitiendo disponer de mquinas paralelas caseras. Clusters de computadores de bajo costo. Internet surge como una fuente potencial de recursos de computacin ilimitados. INFRAESTRUCTURA Se ha desarrollando la tecnologa grid (y recientemente cloud): Permiten compartir recursos informticos (locales o remotos) como si fueran parte de un nico computador. Brinda capacidad de gestionar y distribuir la potencia de clculo disponible en instituciones (investigacin, empresas, etc.) Empresas e investigadores trabajan en diseo de soluciones tecnolgicas en este sentido. INFRAESTRUCTURA Estas alternativas constituyen opciones realistas para disponer dela capacidad de cmputo para resolver problemas en los entornos acadmicos, industriales y empresariales, a bajo costo. IMPLEMENTACIN Existen lenguajes y bibliotecas que permiten desarrollar programas paralelos en alto nivel. Permiten implementar la cooperacin de varios procesos para resolver un problema en comn. Proveen funciones para sincronizacin de procesos, comunicacin de datos, etc Proporcionan diversos mecanismos para implementar tolerancia a fallos y excepciones. Dan soporte para asegurar la portabilidad y garantizar la ejecion en distintos entornos. APLICACIONES Aplicaciones en problemas cientficos Industriales Qumica y bioingeniera Fluido dinmica Mecnica Industrial Medicina Electromagnetismo ComercialesCOMPUTACION PARALELA Una computador paralelo es una mquina que tiene ms de un procesador y por lo tanto tiene la capacidad de ejecutar ms de un programa al mismo tiempo PROCESAMIENTO PARALELO Esunprocesoempleadoparaacelerareltiempodeejecucindeun programadividindoloenmltiplestrozosqueseejecutarnalmismo tiempo, cada uno en su propios procesadores. Lascomputadorasmasivamenteparalelassoncapacesdesoportarun grado de paralelismo mucho mayor. OBJETIVOS DE LA PROGRAMACIN PARALELA Lacomputacinparalelatienecomoprincipalobjetivola resolucin eficientedeinstanciasdegrandesdimensionesde problemas complejos. Adems, desde el punto de vista del usuario, la computacin paralela debe proveer: Transparencia de la arquitectura y de los mecanismos de interconexin. Simplicidad de uso y confiabilidad. Manejo de excepciones y tolerancia a fallos. Mecanismos para asegurar la portabilidad y la ejecucin en entornos heterogneos. Soporte para lenguajes tradicionales de alto nivel. TCNICAS DE PROGRAMACIN PARALELA Las tcnicas de programacin paralela aplican estrategias deDESCOMPOSICIN o PARTICIONAMIENTO de datos y de cmputo, para dividir un problema en subproblemas de menor complejidad. El objetivo primario de la descomposicin ser dividir en formaequitativa tanto los clculos asociados con el problema como los datos sobre los cuales opera el algoritmo. Segn se enfoque principalmente en la descomposicin de datos o de tareas, resulta una tcnica diferente de programacin paralela. Las tcnicas ms difundidas son las de descomposicin de dominio y descomposicin funcional. DESCOMPOSICIN DE DOMINIO Se concentra en particionar los datos del problema Dividindolos en piezas de (aproximadamente) el mismo tamao Luego se dividen los clculos a realizar Los datos a dividir pueden ser: La entrada del programa La salida calculada por el programa Datos intermedios calculados por el programa DESCOMPOSICIN FUNCIONAL Se concentra en particionar las operaciones del problema Se trata de dividir el procesamiento en tareas disjuntas Luego se examinan los datos a utilizar por las tareas definidas Caso tpico: Distribuir cdigo para asociar requerimientos a recursos locales Cada tarea trabaja temporalmente con sus datos locales, pero se requiere comunicacin para lograr la cooperacin APLICACIONES UnaGPUesunprocesadorparaleloformadopormltiplesncleosquepuedeejecutaraplicacionesde forma simultnea con una rapidez mucho mayor a la de la CPU del PC. Esta extraordinaria capacidad de procesamiento se logra con la ayuda de la arquitectura CUDA de NVIDIA CUDA un entorno de programacin basado en el lenguaje C estndar que permite a los desarrolladores escribir cdigo para resolver problemas de clculo complejos en fracciones de segundo. ElS3FotoPropermitecrearvariosmilesdehilosdeejecucinenparalelodentrodelprocesadordela tarjetaS3.ConestogeneranvariosgigaFLOPS(operacionesdepuntoflotanteporsegundo)de procesamientoquepuedenutilizarseparadiferentestareastalescomoelprocesadodeimgenes,la edicin de vdeos y su conversin a formatos de uso general. En todos estos casos se trata de liberar a la CPU del mayor trabajo posible y dividir las tareas cuando la GPU est libre. Apple est adaptando y publicando sus nuevas herramientas de desarrollo basadas en la tecnologa CUDA La interfaz Video Mastering Engine de Pegasys. Existen plugins para Matlab y Photoshop que usan CUDA para acelerar los clculos que realizan ElsoftwareBadaBOOM,desarrolladoporElementalTechnologies,nospermitecodificarvdeodesdey haciadistintosformatos,unprocesoquepuedeocuparintensivamentenuestraCPU.Pero,ladiferencia deBadaBOOMconcualquierotrosoftwaredeconversindevdeosesquenoocupamasivamentela CPU, sino que realiza los clculos utilizando la GPU. ElAdobeCreativeSuite4esunconjuntodeprogramasdeedicindeimgenes,fotografas,vdeosy pginas web de la famosa compaa Adobe.Estas aplicaciones utilizan la tarjeta NVIDIA Quadro CX, esta tarjetahaceusodelmotorCUDAparamejorarelrendimientodetodasestasnuevasaplicacionesde Adobe en aspectos como los movimientos, el uso del zoom, la carga de ficheros, la exportacin de vdeo o la velocidad de aplicacin de filtros. La computacinde alto desempeose apoya i usa a las supercomputadoraspara poder desarrollar las simulaciones computacionales ye investigaciones a problemas complejos. Defincion de supercomputadoras Tema amplio que resumiremos ,es aquella con capacidades de clculo muy superiores a las computadoras corrientes y de escritorio y que son usadas con fines especficos. Hoy da los trminos de supercomputadora y superordenador estn siendo reemplazados por computadora de alto rendimientoya que las supercomputadoras son un conjunto de poderosos ordenadores unidos entre s para aumentar su potencia de trabajo y rendimiento Historia resumida 1962 computador atlas. 1976 Cray-1(100 Mflop/s). 1988 Convex C-220 corriendo bajo UNIX . 1992intel computador ipsc/860 tiene 64 nodos llamados RX. Cada nodo tiene un reloj de 40 MHz y 16 Mbytes de memoria ( 2.5 Gflops) 2013Tianhe-2 33,863 pflops Caractersticas principales Velocidad de procesamiento: miles de millones de instrucciones de coma flotante por segundo. Usuarios a la vez: hasta miles, en entorno de redes amplias. Tamao: requieren instalaciones especiales y aire acondicionado industrial. Dificultad de uso: solo para especialistas. Clientes usuales: grandes centros de investigacin. Penetracin social: prcticamente nula. Cantidad de superordenadores :menos de un millar en todo el mundo. Como ejemplo, se encuentra la supercomputadora IBM Roadrunner; cientficos de IBM y del laboratorio de Los lamos trabajaron seis aos en la tecnologa de la computadora. su sistema de interconexin ocupa 557 m de espacio. Cuenta con 91,7 km de fibra ptica y pesa 226,8 t ;1,026 petaFLOPS (mil billones operaciones de punto flotante por segundo)). Sistemas de enfriamiento Muchas de las CPU necesitan enfriar los mltiples CPUs a -85 C (-185 F). Para poder enfriar mltiples CPUs a tales temperaturas requiere de un gran consumo de energa. Por ejemplo, un supercomputador llamado Aquasar tendr una velocidad tope de 10 teraflops. Mientras tanto el consumo de energa de un solo rack de este supercomputador consume cerca de 10 kW. El consumo promedio de un supercomputador es de alrededor de 257 kW. Para el supercomputador Aquasar,\, se utilizar un nuevo diseo de enfriamiento lquido. Se necesitarn 10 litros de agua que fluirn a una tasa de 29,5 litros por minuto. La innovacin consiste en un nuevo diseo en el cual llega el agua directamente a la CPU mediante tubos capilares de manera que la transmisin de calor es ms eficiente. Especificaciones(por cuestin de tiempo solo hablaremos de una) Tianhe-2 arquitecturaintel Xeon de doce ncleos Nprocesadores32.000 Intel Xeon IvyBridge E5-2692 Rendimiento33,86 petaFLOPS1 Memoria 1.375 TiB Sistema operativo Kylin Linux Lista de algunossupercomputadores hasta noviembre 2014(top 500 supercomputadores mas veloces) posiRendimiento en pflops nombreComputadora ,tipo procesador,interconexion vendedorPas,sitio,aoSistema operativoram 1 33,863Tianhe-2NUDT Xeon E52692 + Xeon Phi 31S1P, TH Express-2 NUDTNational Supercomputing Center in Guangzhou China, 2013 Linux (Kylin)1.375 TiB 2 17,590TitanCray XK7 Opteron 6274 + Tesla K20X, Cray Gemini Interconnect Cray IncOak Ridge National Laboratory Estados Unidos, 2012 Linux (CLE,SLES based)710 TiB Enlatinomaerica Universidad Nacional de Cordoba (argetina)y se usa en nanociencia y biofisica.el Supercomputador Cristina hizo su debut el ao pasado (2010) visitendo 560 Procesadores Intel Xeon e5420 de 4 nucleos con 12Mb de cache L2 y un velocidad de 2.5Gzh esta pc tiene 1.1Terabytes de Memoria ram (1 126.4 gigabytes) 32 terabytes de disco duro (32 768 Gigas) y que puede realizar 5 billones de operaciones aritmeticas por segundo 5 teraflops Ahora pasamos a las 2 pc mexicas empezando por la Aitzaloa que se encuentra instalada en la Universidad Autonoma metropolitana y funciona con 2160 procesadores Intel Xeon X5450 a 3.0Gzh y con 12Mb de cache L2 4326Gb de memoria ram y 150 discos de 1TB en Raid 1 y Raid 6 y puede realizar 18.4 mil millones de operaciones por segundo osea 18.4 teraflops este supercomputador es utilizado en areas como quimica y biologia molecular en el campus Iztapalapa de la Ciudad de Mexico. En el Per, no hay nada por el momento. Recordar Las supercomputadoras de hoy tienden a convertirse en las computadoras ordinarias del maana. Poner video APLICACIONESactualesdel uso de lassupercomputadoras: Acadmicos La Universidad de Florida, usa la Novo-G. La Universidad del Noroeste simula la esquizofrenia con supercomputadoras, mientras que la Universidad Rochester estudia la fusin, cmo nacen las estrellas y soluciones para producir chips informticos con consumo de energa eficiente. La Universidad de Buffalo usa su supercomputadora para desarrollar drogas para combatir el cncer. Militares Las diversas ramas del gobierno de los Estados Unidos usan supercomputadoras para realizar sus operaciones. El Laboratorio de Investigacin de la Armada (ARL) trabaja en colaboracin con el Departamento de Defensa (DOD) para vigilar el Centro de Recursos de Supercomputadoras. Las mquinas del ARL y el DOD estn enfocadas en mejorar sistemas armamentistas. La Marina usa supercomputadoras para calcular modelos ocenicos y patrones climticos. En el 2010, la Fuerza Area desvelo una supercomputadora hecha a partir de 1.760 sistemas Playstation 3. Esta supercomputadora fue diseada para procesar imgenes de satlite e investigar la inteligencia artificial. Estudia el universo.- En el Texas Advanced Computing Center estudian cmo se forman las galaxias, mientras que en el Ames Research Center de la NASA realizan simulaciones del nacimiento de estrellas. Se trata de un mtodo tambin para recrear al Big Bang y responder a preguntas sobre el origen del Universo. El superordenador de IBM Roadrunner, en Los Alamos Natinoal Laboratory, se centra en uno de los mayores misterios csmicos del momento: la materia oscura. Simulacin del cerebro El proyecto Blu Brain que se desarrolla en la Escuela Politcnica Federal de Lausana, en Suiza, ha logrado reproducir mediante simulacin las funciones de un cerebro. La mquina que est detrs de esta tarea es Blue Gene, de IBM. Esta compaa, junto con Cray y SAP, ha prestado sus supercomputadoras para una iniciativa ms ambiciosa . Se trata de Human Brain Project y se ha impuesto como misin construir la rplica de un cerebro . Sustituir las pruebas con armas nucleares Quedaron atrs los lanzamientos de prueba con armas nucleares, en los aos50 y 60. Ahora los ensayos se hacen mediante simulacin con supercomputadoras. Supercomputadora Sequoia, a la que desbanc Titn como la ms potente a finales de 2012, est preparada para hacer este tipo de simulaciones desde el Lawrence Livermore National Laboratory, en California. La conocida supercomputadora Skynet(no es de terminator 4)opera el Gran Colisionador de Hadrones a 14.7 teraflops/s y en diversas investigaciones. La Nasa usa supercomputadorColumbia, con 51,90 billones de operaciones por segundo en 10,240 procesadores, usada para analizar temas importantes tales como el regreso a vuelo del Trasbordador Espacial, modelamiento terrestre y diseo de vehculos aeroespaciales para la exploracin,astronoma ,galaxias etc. Las supercomputadoras se estn utilizando para modelar cmo se doblan las protenas y cmo ese plegamiento puede afectar a la gente que sufre la enfermedad de Alzheimer, la fibrosis qustica y muchos tipos de cncer. Los cientficos usan supercomputadoras para simular de qu manera un tsunami podra afectar una determinada costa o ciudad. Mediante el uso de supercomputadoras, los nvestigadores modelan el clima pasado y el clima actual y predicen el clima futuro, en el centro metereologico de Rusia. fsica cuntica, modelado de molculas, simulaciones fsicas tal como la simulacin de aviones o automviles en el viento. Enlace web de la supercomputadora tupac amaru http://www.minutouno.com/notas/356909-que-es-tupac-la-super-computadora-que-presento-cristina-kirchner