¿Qué es HPC (computación de alto rendimiento)?

El presente post se centra en la computación y, dentro de ella, existe un tema muy interesante llamado Computación de alto rendimiento. Este término tiene muchos aspectos muy importantes y claves en la era modera, ya que se trata de una supercomputadora con cientos de procesadores que realizan cálculos demasiado grandes y a continuación descubramos más de estas supercomputadoras.

¿Qué es HPC?

Computación del Alto Rendimiento(del inglés: high-performance computing o HPC) o supercomputadora, es una tecnología que implica el uso de diferentes herramientas y técnicas para gestionar potentes procesadores funcionando en paralelo para el procesamiento de grandes cantidades de datos multidimensionales también conocidos como Big Data.

Únicamente para dar idea sobre el Big Data es que pueden superar los petabytes (1000 terabytes) y llegar a los exabytes (1000 petabytes), esa la razón del porqué se tiene las tecnologías HPC para el análisis de tanta información. Este tipo de tecnologías funcionan a velocidades más de un millón de veces más rápidas que las computadoras más rápidas de escritorio, portátiles o servidores.

Las HPC funcionan en Clúster, que significa que es un conjunto de computadoras que se interconectan para trabajar como si fuesen una sola en una ubicación local o también pueden funcionar como algo que se le conoce como computación distribuida que significa que varias computadoras están en diferentes ubicaciones y mediante una red se conectan para realizar los cálculos.

Componentes Principales de los HPC

La computación del alto rendimiento tiene tres principales componentes:

• Procesamiento

• Almacenamiento

• Red

Estos tres principales componentes deben ser de alta fiabilidad porque el procesamiento tiene que ver con los microprocesadores que ejecutan las operaciones o cálculos, el almacenamiento que es donde se va a guardar las salidas de los cálculos y la red se trata de la infraestructura que permite compartir los datos entre los diferentes nodos o computadoras.

Características de HPC

Gestionar tanto poder de cómputo no es fácil, por eso se requieren herramientas y técnicas especiales para el uso adecuado del poder del procesamiento en los diferentes aspectos y estas son algunas de las características:

• Administración de sistemas.

• Electrónica digital

• Arquitectura de computadoras

• Software de sistemas

• Lenguajes de programación, algoritmos y técnicas computacionales.

• Redes y seguridad

• Discos rápidos y memoria de alta velocidad

• Potentes unidades de procesamiento de gráficos (GPU)

• Los clústeres de HPC únicos pueden tener un tamaño de hasta 100 mil o más núcleos de cómputo.

Casos de Uso de HPC

Genómica

El primer intento de secuenciar un genoma humano se tardaron aproximadamente 13 años. Hoy en día con los HPC pueden realizar ese mismo procesamiento en tan sólo unos días.

Salud y Fármacos

Se pueden crear y descubrir fármacos como lo hace la compañía Schrödinger, que utiliza simulaciones basadas en la física realizadas en la nube en combinación con el aprendizaje automático para acelerar el descubrimiento de nuevos medicamentos y materiales.

Diseño

Los fabricantes suelen utilizar HPC para realizar el diseño de nuevas máquinas como aviones y automóviles antes de crear el prototipo físico. Al igual que los fabricantes de Chips informáticos que utilizan HPC para diseñar chips más potentes.

Fabricación

La HPC se puede utilizar para Dinámica de fluidos computacional (CFD) que es una carga de trabajo que simula el movimiento del aire y los fluidos para simplificar y acelerar la ingeniería del producto.

Simulación en tiempo-real

Fabricantes o diseñadores de cualquier tipo de máquinas pueden realizar una simulación de cómo va a funcionar en un ambiente donde puede ser considerado la temperatura, el viento o cualquier otro fenómeno para realizar una prueba de funcionamiento sin necesidad de tener la máquina física.

Datos interesantes sobre HPC

• La supercomputadora o HPC más potente del mundo al momento que se escribe este artículo se llama El Capitan y es un sistema en el Laboratorio Nacional Lawrence Livermore en California, EE.UU. Ha debutado como el sistema más potente de la lista.

• El Capitan (la supercomputadora más poderosa) tiene 11.039.616 núcleos combinados de CPU y GPU y está basado en procesadores AMD EPYC de cuarta generación con 24 núcleos a 1,8 GHz y aceleradores AMD Instinct MI300A.

• Tiene una arquitectura que se llama Acceso remoto directo a la memoria (RDMA) permite que una computadora en red acceda a la memoria de otra computadora en red sin involucrar el sistema operativo ni interrumpir el procesamiento de la misma.

• Pueden ser disponibles mediante HPCaaS, que es un servicio de Computación de alto rendimiento bajo la nube.

• Para medir el rendimiento o potencia de cálculo de un HPC se utiliza un método llamado: puntos de referencia LINPACK.

• Google ha utilizado HPC para el modelado climático.

• 

  AstraZeneca utiliza HPC para la solución de procesamiento de datos genómicos y hace 51 000 millones de pruebas en un día en HPC de AWS.

• El 55% de los encuestados dice que los costos de energía afectan el nivel de inversión disponible para los nuevos sistemas HPC.

• PUE, o Power Usage Effectiveness, es una métrica que se utiliza para determinar la eficiencia energética de un centro de datos.

Conclusión

De acuerdo los datos y características presentados, una HPC realmente es algo increíble por la forma en cómo operan y realizan cálculos demasiado grandes para descubrir nuevas cosas o simular algún fenómeno. Muchas de estas computadoras se utilizan para entrenar los modelos de IA que actualmente la utilizamos, pero aun así seguimos necesitando más poder de cómputo y esa es la razón del porqué debemos hablar más de HPC y próximamente del poder de la computación cuántica.

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