Superordenador: qué es, usos y evolución de los ordenadores más rápidos
Descubre qué es un superordenador, sus usos en meteorología, genética y seguridad, y cómo han evolucionado los ordenadores más rápidos del mundo.
Un superordenador es un ordenador diseñado para ofrecer una velocidad de cálculo y una capacidad de memoria muy superiores a las de los sistemas convencionales. Estos equipos realizan tareas complejas mucho más rápido que otros ordenadores personales de su época; a menudo pueden ser miles de veces más rápidos para ciertos tipos de problemas. Los superordenadores sobresalen en operaciones aritméticas masivas y en procesos que requieren un gran ancho de banda de memoria, por lo que se emplean en la previsión meteorológica, el descifrado de códigos, el análisis genético y otras aplicaciones científicas, industriales y de seguridad que necesitan un enorme número de cálculos. Con el tiempo, muchas capacidades que antes eran exclusivas de los superordenadores pasan a equipos ordinarios, mientras que la frontera del rendimiento se desplaza mediante la construcción de nuevos superordenadores más potentes.
Los ingenieros eléctricos y de computación crean superordenadores combinando miles —y hoy, millones— de microprocesadores y aceleradores especializados en arquitecturas pensadas para el cálculo paralelo masivo.
Usos principales
- Climatología y meteorología: modelos de predicción del tiempo y estudios largos de cambio climático que requieren simular la atmósfera y los océanos a alta resolución.
- Ciencias de la vida y genómica: secuenciación masiva, análisis de variantes, simulaciones de plegamiento de proteínas y diseño de fármacos.
- Investigación en física y química: simulaciones de dinámica molecular, física de partículas, fusión nuclear y materiales novedosos.
- Defensa y criptografía: análisis de señales, descifrado y modelado de sistemas complejos.
- Inteligencia artificial y aprendizaje profundo: entrenamiento de modelos muy grandes que requieren enorme capacidad de cálculo (GPU/TPU).
- Industria y diseño: simulaciones de aerodinámica, análisis estructural y optimización de procesos industriales.
Arquitectura y métricas de rendimiento
Los superordenadores alcanzan su rendimiento mediante la paralelización: muchos núcleos de CPU y aceleradores (por ejemplo, GPUs o TPUs) trabajan en conjunto. Para medir su potencia se usan unidades de FLOPS (operaciones de coma flotante por segundo). Los récords de rendimiento suelen comprobarse con pruebas como LINPACK, y listas como la TOP500 clasifican los sistemas más rápidos del mundo.
- Procesamiento paralelo: uso de clusters con interconexiones de baja latencia y alto ancho de banda.
- Aceleradores: GPUs, FPGAs y TPUs para cargas de trabajo específicas que requieren paralelismo masivo.
- Sistemas de memoria y almacenamiento: grandes memorias RAM distribuidas y sistemas de almacenamiento de alta velocidad para manejar datos muy voluminosos.
- Interconexión: redes especiales (infiniBand, Omni-Path u otras) que minimizan la latencia entre nodos.
Evolución histórica
Los superordenadores han evolucionado desde máquinas vectoriales especializadas (por ejemplo, los sistemas Cray) hacia arquitecturas masivamente paralelas basadas en componentes comerciales (COTS) y aceleradores. En las últimas décadas se ha producido un salto importante con la introducción de GPUs para cálculo científico y, más recientemente, con la llegada de sistemas exaescala (capaces de realizar más de 10^18 FLOPS). La tendencia actual va hacia sistemas heterogéneos, con nodos que combinan CPU + GPU/TPU y coherencia entre diferentes tipos de memoria.
Retos actuales y consideraciones
- Consumo energético: los superordenadores requieren gran potencia eléctrica y sistemas de refrigeración avanzados; la eficiencia energética es una prioridad.
- Programación y escalabilidad: explotar miles o millones de núcleos exige software paralelo (MPI, OpenMP, CUDA, HIP, SYCL) y modelos de programación complejos.
- Coste y mantenimiento: alto coste de adquisición, operación y actualización de hardware.
- Gestión de datos: almacenamiento y movimiento de petabytes de datos sin crear cuellos de botella.
Tendencias y futuro
El futuro inmediato combina mayor heterogeneidad (más aceleradores especializados), avances en interconexiones y mejoras en la eficiencia energética. Además, emergen tecnologías complementarias como la computación cuántica y arquitecturas neuromórficas, que pueden integrarse en flujos de trabajo híbridos donde los superordenadores clásicos y los aceleradores especializados se complementan para resolver problemas concretos.
Ejemplos y hitos
- Hitos históricos: máquinas vectoriales como Cray-1 marcaron una época por su rendimiento en operaciones científicas.
- Sistemas modernos: en años recientes han destacado superordenadores exaescala y pre-exaescala construidos por centros nacionales y consorcios universitarios/industriales para investigación avanzada.
Cómo se programa un superordenador
El desarrollo de código para supercomputación combina técnicas de paralelización (dividir el trabajo entre procesos y hilos), optimización de memoria y uso de bibliotecas y compiladores que exploten aceleradores. Herramientas comunes incluyen MPI para comunicación entre nodos, OpenMP para paralelismo en memoria compartida y frameworks específicos como CUDA o ROCm para GPUs. La validación, el perfilado y la optimización son fases críticas antes de ejecutar experimentos a gran escala.
En resumen, un superordenador es una plataforma diseñada para resolver problemas que requieren cálculos a gran escala y velocidad, y su evolución continúa impulsando avances en ciencia, industria y tecnología.


El Cray-2, el superordenador más rápido del mundo de 1985 a 1989
Tipos
Los tipos de superordenadores incluyen: memoria compartida, memoria distribuida y array. Los superordenadores con memoria compartida se desarrollan utilizando un concepto de computación paralela y pipelining. Los superordenadores con memoria distribuida constan de muchos nodos (alrededor de 100~10000). Las series CRAY de CRAYRESERCH y VP 2400/40, NEC의 SX-3 de HUCIS son tipos de memoria compartida. nCube 3, iPSC/860, AP 1000, NCR 3700, Paragon XP/S, CM-5 son tipos de memoria distribuida.
Un ordenador de tipo array llamado ILIAC comenzó a funcionar en 1972. Más tarde se desarrollaron el CF-11, el CM-2 y el Mas Par MP-2 (que también es de tipo array). Entre los superordenadores que utilizan una memoria separada físicamente como una memoria compartida se encuentran el T3D, el KSR1 y el Tera Computer.
Centros de supercomputación, organizaciones
Organizaciones
- DEISA Distributed European Infrastructure for Supercomputing Applications, una instalación que integra once centros de supercomputación europeos.
- NAREGI Archivado el 2008-12-23 en la Wayback Machine Iniciativa japonesa NAtional REsearch Grid en la que participan varios centros de supercomputación
- TeraGrid Archivado 2007-06-30 en la Wayback Machine, una instalación nacional que integra nueve centros de supercomputación estadounidenses
Centros
- BSC Barcelona Supercomputing Center - Instalación nacional de supercomputación y centro de I+D español
- CESCA Archivado 2008-12-20 en la Wayback Machine Centro de Supercomputación de Cataluña - Centre de Supercomputacio de Catalunya
- CESGA Galicia Supercomputing Center - Centro de Supercomputación de Galicia
- CeSViMa Centro de Supercomputación y Visualización de Madrid
- Consorcio Interuniversitario CINECA, Italia
- CINES Centre Informatique National de l'Enseignement Superieur, Francia
- CSAR Servicio nacional de supercomputación del Reino Unido operado por Manchester Computing
- EPCC Centro de Computación Paralela de Edimburgo. Con sede en la Universidad de Edimburgo.
- GSIC Centro Global de Información Científica y Computación del Instituto Tecnológico de Tokio
- Servicio nacional de supercomputación HECToR del Reino Unido proporcionado por un consorcio de EPCC, Cray y el Grupo de Algoritmos Numéricos (NAG)
- HPCx Archivado el 2020-01-03 en la Wayback Machine Servicio nacional de supercomputación del Reino Unido operado por el EPCC y el Laboratorio Daresbury
- IRB Archivado 2008-12-13 en la Wayback Machine
- Instituto de Supercomputación de Minnesota (antes Centro de Supercomputación de Minnesota) operado por la Universidad de Minnesota
- Instalación de supercomputación avanzada de la NASA
- Centro Nacional de Investigación Atmosférica (NCAR)
- Centro Nacional de Aplicaciones de Supercomputación (NCSA)
- Centro Nacional de Investigación Científica de la Energía (NERSC)
- Centro de Supercomputación de Ohio (OSC)
- Centro de Supercomputación de Pittsburgh operado por la Universidad de Pittsburgh y la Universidad Carnegie Mellon.
- Centro de Supercomputación de San Diego (SDSC)
- SARA Archivado 2006-02-08 en la Wayback Machine (Stichting Academisch Rekencentrum Amsterdam), Amsterdam, Países Bajos
- System X Archivado 2004-09-17 en la Wayback Machine en Virginia Tech
- Centro de Computación Avanzada de Texas (TACC)
- DCSC Centro Danés de Computación Científica. Con sede en la Universidad de Copenhague.
- PSNC (Centro de Supercomputación y Redes de Poznan), Poznan, Polonia
- NSC Centro Nacional de Supercomputación de Suecia en la Universidad de Linköping, Suecia
Máquinas específicas, de uso general
- Comunicado de prensa de Linux NetworX: Linux NetworX construirá el "mayor" superordenador Linux
- Comunicado de prensa de la ASCI White Archivado 2006-10-08 en la Wayback Machine
- MCR @ LLNL Superordenador basado en Linux NetworX "Tercer superordenador más grande en 2004" Archivado 2012-10-10 en la Wayback Machine
- Artículo sobre el ordenador japonés "Earth Simulator" Archivado el 2008-12-23 en la Wayback Machine
- Página web del "Simulador de la Tierra" (en inglés) Archivado el 2007-04-10 en la Wayback Machine
- Información sobre la informática de alto rendimiento de NEC Archivado el 2003-02-07 en la Wayback Machine
- Superordenador superconductor
- Sistema de computación a metaescala de Blue Waters Archivado 2008-12-11 en la Wayback Machine
Máquinas específicas, de uso especial
- Documentos sobre el ordenador de propósito especial GRAPE Archivado 2008-02-22 en la Wayback Machine
- Más información sobre superordenadores de propósito especial Archivado el 2003-06-04 en la Wayback Machine
- Información sobre el ordenador de propósito especial APEmille
- Información sobre el ordenador de propósito especial apeNEXT
- Información sobre el proyecto QCDOC, máquinas Archivado 2008-12-22 en la Wayback Machine
Páginas relacionadas
- Cluster (informática)
- Computación en red
Preguntas y respuestas
P: ¿Qué es un superordenador?
R: Un superordenador es un ordenador con gran velocidad y memoria que puede hacer trabajos más rápidos que cualquier otro ordenador de su generación.
P: ¿Cuánto más rápidos son los superordenadores en comparación con los ordenadores personales normales?
R: Los superordenadores suelen ser miles de veces más rápidos que los ordenadores personales ordinarios fabricados en esa época.
P: ¿Para qué tipo de tareas se utilizan los superordenadores?
R: Los superordenadores se utilizan para la previsión meteorológica, el descifrado de códigos, el análisis genético y otros trabajos que necesitan muchos cálculos.
P: ¿Cómo hacen los ingenieros eléctricos los superordenadores?
R: Los ingenieros eléctricos fabrican superordenadores conectando muchos miles de microprocesadores.
P: A medida que la tecnología avanza, ¿cómo se compara la potencia de los ordenadores normales con la de los superordenadores del pasado?
R: A medida que los nuevos ordenadores son más potentes, se fabrican nuevos ordenadores ordinarios con potencias que sólo tenían los superordenadores del pasado, mientras que los nuevos superordenadores siguen superándolos.
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