SUPERCOMPUTACIÓN · Del teraflop al exaflop en 26 años

Seymour Cray diseña el Cray-1 (instalado en Los Alamos National Laboratory, mar 1976): arquitectura vectorial, 80 MHz, 160 MFLOPS (160 millones de operaciones de coma flotante por segundo). Refrigeración por freón. Diseño circular con asientos de cuero bordeando el chasis — Cray quería que los cables fueran lo más cortos posible.

El Cray-1 define el concepto moderno de supercomputadora: hardware propietario, diseño radicalmente diferente al hardware comercial, propósito científico específico. Seymour Cray fundó Cray Research en 1972 tras años en Control Data Corporation.

Vijay Pande (Stanford) lanza Folding@home (oct 2000): cómputo distribuido voluntario para simulación molecular de plegamiento de proteínas. Cualquier persona puede instalar el cliente y ceder ciclos de CPU/GPU inactivos. En marzo 2020, durante el pico de COVID-19, Folding@home alcanza 470 petaflops — más potente que el número 1 del TOP500 en ese momento.

El proyecto funciona durante 21 años en paralelo a AlphaFold — el mismo problema del plegamiento de proteínas atacado con fuerza bruta distribuida frente a IA.

Intel construye el ASCI Red para Sandia National Laboratories (entregado dic 1996, operativo 1997): 9.152 nodos con procesadores Pentium Pro interconectados. Primer superordenador en superar 1 teraflop (1.06 TFLOPS Linpack). Coste: 55 millones de dólares.

La lección estratégica: el hardware de PC en cluster supera a las arquitecturas vectoriales propietarias en coste/rendimiento. El paradigma "clusters de x86" gana la guerra del TOP500 durante 20 años.

IBM construye Roadrunner para Los Alamos National Laboratory: 6.480 nodos cada uno con un procesador AMD Opteron + dos chips IBM Cell (el procesador del PS3). Primer superordenador en superar 1 petaflop (1.026 PFLOPS, jun 2008). Primer uso masivo de arquitectura heterogénea: CPU de propósito general + acelerador especializado.

El Cell processor fue diseñado por IBM, Sony y Toshiba para el PlayStation 3. Roadrunner reutilizó hardware de consumo masivo como acelerador científico — exactamente la misma lógica que llevará a las GPUs a dominar el campo.

RIKEN (instituto japonés de ciencias) y Fujitsu construyen Fugaku: 158.976 nodos con procesadores Fujitsu A64FX (ARM, 48 núcleos cada uno). Número 1 del TOP500 desde junio 2020 hasta noviembre 2021: 442 petaflops Linpack. Primer sistema ARM en lo más alto del ranking.

El A64FX incluye High Bandwidth Memory (HBM) integrada. La clave de rendimiento no es la velocidad de reloj sino el ancho de banda memoria-cómputo. En aplicaciones de simulación climática y molecular, Fugaku supera a sistemas nominalmente más rápidos.

Oak Ridge National Laboratory (ORNL, Tennessee) en colaboración con HPE y AMD: Frontier es el primer superordenador exascale oficialmente confirmado. 1.102 exaflops (1.1 exaflops) en Linpack (nov 2022). Arquitectura: 9.408 nodos AMD EPYC 7A53 (CPU, 64 núcleos) + 4× AMD Instinct MI250X (GPU) por nodo. Total: 37.632 GPUs AMD.

El salto del petaflop al exaflop tarda 14 años (2008-2022) — el mismo tiempo que del teraflop al petaflop. Pero la composición cambia radicalmente: en Roadrunner, los aceleradores eran el 15% del rendimiento total. En Frontier, las GPUs aportan el 90%.

Argonne National Laboratory (Illinois) con Intel y HPE: Aurora es el segundo sistema exascale. 1.012 exaflops Linpack (jun 2024, tras múltiples retrasos). Arquitectura: 10.624 nodos Intel Xeon Max (Sapphire Rapids HBM) + 6× Intel Ponte Vecchio GPU por nodo. Total: 63.744 Intel GPUs.

Aurora demuestra que Intel puede construir GPUs competitivas en HPC, aunque los retrasos (estaba previsto para 2021) lo entregaron casi 2 años después de Frontier.

Lawrence Livermore National Laboratory (California) con HPE y AMD: El Capitan toma el número 1 del TOP500 desde noviembre 2024. Rendimiento: >1.7 exaflops Linpack (estimado final: ~2 exaflops). Diseñado para simulaciones de armas nucleares sin pruebas físicas — programa de Stockpile Stewardship.

Arquitectura similar a Frontier pero con AMD Instinct MI300A: la primera APU (CPU + GPU en un mismo chip, con memoria unificada HBM) en un superordenador de primer nivel. Elimina el cuello de botella de la transferencia de datos entre CPU y GPU separados.

EuroHPC Joint Undertaking instala JUPITER en el Forschungszentrum Jülich (Alemania): primer sistema exascale europeo. 4º en el TOP500 (jun 2025). Arquitectura modular: JUPITER Booster (nodos GPU para IA y HPC intensivo) + JUPITER Cluster (nodos CPU para trabajos con más comunicación que cómputo).

JUPITER es parte de la estrategia europea de soberanía tecnológica: no depender de infraestructura USA para investigación científica clasificada o sensible. El coste supera 500M EUR entre hardware e infraestructura.