LAS SUPERCOMPUTADORAS

• Roberto roberto@roberto.4mg.com

¿El pasado de una Epoca Dorada?

Desde la construcción de la primera computadora hasta la mitad de la década de los noveta ha existido una idea en la mente de los constructores de ordenadores industriales "cómo hacer un ordenador más potente". La computación se convirtió en estrategica durante la Segunda Guerra Mundial, y persistió durante la guerra fría. Los superordenadores de alto rendimiento fueron esenciales para el desarrollo del programa del armas nucleares modernas, así pues siguieron caminos paralelos la carrera armamentistica y los supercomputadores. Sobretodo el gobierno de los Estados Unidos se convirtió en el catalizador y el impulsor de esta carrera de innovación de las tecnologías de computación y microelectrónica, con el fin de la Guerra Fría este empuje ha perdiddo su razón de ser ya no se persigue una mayor capacidad a cualquier precio. Por otra parte fue de gran ayuda a otros sectores de la industria como el del petroleo, química, medicina, aeronáutica, automoción, e ingeniería civil.

Acompañando a estos cambios geopolíticos se produjeron tendencias tecnológicas y económicas que supusieron un problema para los productores especializados en ordenadores especializados. Los microprocesadores comenzaron en los años 70 como dispositivos famosos principalmente porque con ellos era posible guardar un programa de ordenador grabado en un único chip de silicio. La presión de la competencia y el deseo de generar ventas dejando anticuado el producto del año anterior hizo que la capacidad de computación del microprocesador se duplicara cada 18 meses, la famosa "ley de Moore". Simultáneamente, los diseñadores de microprocesadores tomaron prestados casi todos los trucos que los diseñadores de superordenadores de estructura principal y numérica habían utilizado en un pasado: jerarquías de almacenamiento, pipelinig, unidades funcinales múltiples, multiprocesamiento, predicción de saltos, procesamiento de SIMD, ejecución especulativa y basada en algo. A mediados de los años 90, las ideas de investigación iban directamente desde la simulación a la implementación en microprocesadores destinados a los ordenadores de escritorio de las masas. Sin embargo, se debe tener en cuenta que la mayoría de las ganancias en actuaciones en baja calidad que obtuvieron los microprocesadores en la década anterior vinieron, no de las técnicas avanzadas de la arquitectura informática, sino de la simple aceleración de los relojes de los procesadores y del aumento cuantitativo en las fuentes de los procesadores, que hicieron posible los avances en la tecnología semiconductora. Hacia 1998, el CPU de un ordenador personal de alto rendimiento basado en windows funcionaba a mayor velocidad de reloj que el superordenador de rango más alto Cray Research de 1994.

Por lo tanto, apenas sorprende que la política de los laboratorios americanos nacionales pasó de adquirir sistemas construidos desde el principio hasta convertirse en superordenadores, a desplegar largos conjuntos de sistemas basados en microprocesadores producidos en masa, con el proyecto ASCI como capitán de esta actividad. En cuanto a la escritura, sigue pendiente de comprobarse si estas aglomeraciones se probarán como suficientemente estables y utilizables para el trabajo de producción, pero los resultados preliminares, cuando menos, han sido satisfactorios. Los días felices de los superordenadores basados en tecnología exótica y en arquitectura innovadora pueden haber pasado.

AUGE Y OCASO DE LA SUPERCOMPUTACIÓN: LA FIGURA DE SEYMOUR CRAY

La supercomputación, entendida como el empleo de ordenadores con una arquitectura sustancialmente diferente de la de los sistemas convencionales, vivió una época gloriosa en la década de los 70, asociada básicamente a dos nombres de empresas, Control Data y Cray Research, y al nombre de una personalidad única Seymour Cray, brillante arquitecto de supercomputadores. Ambas compañías fueron a la postre incapaces de superar la ausencia del genio de la supercomputación, en el primer caso cuando éste dejó CDC en 1972 y en el segundo a su defección y posterior fallecimiento.

Es bien cierto que otras marcas también se asociaron al campo de la supercomputación con posterioridad, como por ejemplo Floating Point Systems o Convex, ambas en el segmento de los denominados superminicomputers, y también MassPar o MIPS en el de los procesadores masivamente paralelos, pero ninguna de ellas llegó a a alcanzar la visibilidad de Cray y CDC durante los años 70 y 80. Sin embargo, los orígenes de la supercomputación se produjeron con anterioridad a esas fechas, como veremos más adelante.

Como es sabido, la principal distinción entre los supercomputadores 'clásicos' y los ordenadores de tipo más genérico se basaba en la utilización de una arquitectura revolucionaria para la época, que poseía dos carcaterísticas diferenciadoras: la utilización de pipelines con múltiples etapas y la vectorización de los registros del procesador (todos o parte de ellos). Con ello se conseguía realizar operaciones sobre vectores y matrices con una importante ganancia de velocidad -speedup- sobre las arquitecturas convencionales, especialmente en las aplicaciones de cálculo numérico que exigían la resolución de grandes sistemas de ecuaciones por métodos iterativos. Hoy día, el enorme avance de la tecnología y del rendimiento de los procesadores de propósito general, la utilización de redes con decenas o centenares de sistemas multiprocesador en concurrencia, y la reducción de los precios que supone la fabricación a gran escala, han hecho olvidar aquéllas singulares, sofisticadas y carísimas máquinas, algunos de cuyos ejemplares aún se encuentran en funcionamiento en laboratorios científicos altamente especializados.

El padre de los supercomputadores, Seymour Cray, fue uno los diseñadores de hardware de más prestigio en la historia de la informática, formando con Gene Amdahl y con Gordon Bell un triunvirato glorioso dentro de la disciplina conocida como arquitectura de ordenadores. Su nombre ha estado asociado al de los ordenadores más rápidos, utilizados para aplicaciones muy complejas como la predicción metereológica o la simulación de explosiones nucleares. En el año 1986, en la cúspide de la gloria de la supercomputación, existían en todo el mundo unos 130 sistemas de este tipo, de los cuales más de 90 llevaban la marca Cray.

Seymour Cray nació en el año 1925, en una pequeña población del estado norteamericano de Wisconsin, y se graduó en ingeniería eléctrica y en matemáticas en la Universidad de Minnesota. Durantelos años 50 trabajo en ERA -Engineering Research Associates- y en las compañías que la sucedieron, Remington Rand y Sperry Rand, donde fue uno de los principales responsables del diseño del ordenador UNIVAC 1103. En 1957, junto con otros ingenieros -entre ellos William Norris- fundó una nueva compañía denominada Control Data Corporation, en abreviatura CDC, para la cual construyó el CDC 1604, que fue uno de los primeros ordenadores comerciales que utilizaron transistores en lugar de tubos de vacío. En 1962, Seymour Cray persuadió a William Norris para que CDC creara un laboratorio para investigar cómo diseñar el ordenador más potente de la época, triunfo que consiguió con su equipo de 30 colaboradores en el año 1963, con el CDC 6600, que batió ampliamente en capacidad de cálculo y en coste al ordenador más potente de que disponía IBM en aquella época.

A finales de la década, Control Data, después de haber sacado al mercado el modelo CDC 7600 -para muchos el primer supercomputador en sentido estricto- comenzó a perder interés en la supercomputación y Cray pensó en establecerse por su cuenta. En el año 1972 fundóa Cray Research, con el compromiso de dedicarse a construir exclusivamente supercomputadores y además de uno en uno, por encargo. El primer producto salido de la factoría -CRAY-1, en 1976- tuvo como destino el laboratorio nacional de Los Alamos, y era único en su diseño ya que incorporaba el primer ejemplo práctico en funcionamiento de procesador vectorial, junto con el procesador escalar más rápido del momento, con una capacidad de 1 millón de palabras de 64 bits y un ciclo de 12,5 nanosegundos. Su coste se situaba en torno a los 10 millones de dólares.

En el plazo de tres años, la compañía había vendido seis ordenadores CRAY-1, pero su fundador no se encontraba satisfecho técnicamente, pues pensaba que el diseño de ese sistema no era suficientemente revolucionario, y se embarcó en el diseño de una nueva máquina, el CRAY-2, entre 6 y 12 veces más rápido que su predecesor. Disponibe en 1985, disponía de 256 millones de palabras y 240.000 chips. Su empaquetamiento era tan ajustado que el calor generado por la electrónica podía fundir el ordenador, por lo cual su interior se encontraba inundado con líquido refrigerante, y ello provocó el simpático comentario de que el CRAY-2 era en realidad un computador dentro de un acuario.

La compañía iba de viento en popa, y a mediados de los 80 controlaba el 70% del mercado de la supercomputación. Sin embargo su fundador se encontraba incómodo, pues la problemática empresarial le resultaba escasamente interesante y difícil de soportar. Por ello cedió la presidencia, y dejó la responsabilidad del desarrollo tecnológico de la línea CRAY-2 a un ingeniero lleno de talento, Steve Chen, que concibió y construyó los primeros multiprocesadores de la firma, conocidos como serie X-MP. A su vez Seymour Cray, inició en 1985 el diseño de una nueva serie, CRAY-3, cuyo procesador no se construiría sobre chips de silicio sino de arsenuro de galio. Su entrega, inicialmente prevista para el año 1988 sufrió sucesivos retrasos debido a los problemas que causaba la nueva tecnología GaAs, y el proyecto finalmente se canceló.

El inventor se desvinculó entonces de la firma que había fundado años atrás e inició a finales de esa década un nuevo start-up, pero las condiciones del mercado hacían ya entonces insostenible el esfuerzo inversor necesario para fabricar un supercomputador que justificase su viabilidad comercial en términos coste/potencia, fundamentalmente debido a los progresos experimentados en las arquitecturas convencionales RISC y CISC. En ese último empeño le sobrevino el fin de su vida, toda ella un ejemplo de esfuerzo y de inteligencia puesta al servicio del progreso de la computación de alto rendimiento.