¿Qué es la informática de alto rendimiento?

La informática de alto rendimiento (HPC), capaz de realizar operaciones masivas fuera del alcance de las máquinas normales, reduce drásticamente el tiempo de procesamiento.

También conocida como supercomputación, la HPC tiene una importancia inmensa en nuestro mundo impulsado por los datos. Se prevé que el crecimiento exponencial de los datos, especialmente los procedentes de dispositivos IoT, alcance casi 80 zettabytes en 2025. Una sola fábrica equipada con dispositivos IoT puede generar cientos de terabytes de datos al día. Los métodos informáticos tradicionales se quedan cortos al tratar con conjuntos de datos tan vastos, pero la HPC gestiona eficazmente la carga de trabajo distribuyendo las operaciones entre varios ordenadores mediante software avanzado y capacidades de red.

Descubra por qué la HPC es crucial y explore sus diversas aplicaciones en varios sectores. Aproveche el potencial de la HPC para hacer frente a los retos que plantean los grandes volúmenes de datos, acelerar la investigación científica e impulsar la innovación a nuevos niveles.

La computación de alto rendimiento (HPC) revoluciona el análisis y la simulación de datos al abordar inmensos volúmenes de datos que superan las capacidades de los ordenadores estándar. Esta extraordinaria capacidad impulsa avances significativos en diversos campos, especialmente en la investigación científica.

Aprovechar el potencial de la HPC ha dado lugar a descubrimientos revolucionarios, desde tratamientos transformadores contra el cáncer hasta el desarrollo de vacunas COVID-19 que salvan vidas. Al liberar la potencia computacional de la HPC, los investigadores pueden profundizar en conjuntos de datos complejos, desentrañar patrones intrincados y acelerar el ritmo de los avances científicos.

Un clúster, compuesto por varios ordenadores conocidos como nodos, forma un potente ordenador de alto rendimiento. Cada nodo cuenta con un sistema operativo equipado con un procesador multinúcleo, almacenamiento y capacidades de red para una comunicación fluida entre nodos. En un clúster más pequeño, puede haber 16 nodos con 64 núcleos, que ofrecen cuatro núcleos por procesador. La amalgama de estos componentes, junto con las capacidades avanzadas de red, permite a este ordenador de alto rendimiento ofrecer un rendimiento computacional significativamente más rápido en comparación con un ordenador estándar.

En la actualidad, la informática de alto rendimiento (HPC) se utiliza en diversos sectores. Sin embargo, se espera que en el futuro casi todos los sectores adopten la HPC para gestionar eficazmente grandes cantidades de datos. En particular, los sectores que requieren un análisis rápido de grandes conjuntos de datos han mostrado un notable entusiasmo por la HPC. Algunos de estos sectores son

Investigación científica

Astronomía

Aprendizaje automático

Ciberseguridad

Secuenciación del genoma

Animación

Dinámica molecular

Efectos visuales

Servicios financieros

Modelización del riesgo financiero

Análisis de datos de mercado

Desarrollo de productos

Diseño Greenfield

Química computacional

Imágenes sísmicas

Predicción meteorológica

Conducción autónoma

En concreto, hay cuatro factores que impulsan el uso de la HPC:

Potencia de procesamiento

En términos sencillos, la capacidad de procesamiento de un único procesador se queda corta cuando se trata de manejar grandes volúmenes de datos. La informática de alto rendimiento (HPC) supera esta limitación aprovechando la capacidad de procesamiento paralelo de múltiples centros interconectados. En este contexto, los conceptos clave incluyen:

Por ejemplo, un pequeño clúster de HPC puede constar de 16 nodos, cada uno equipado con cuatro núcleos, lo que da un total de 64 núcleos funcionando simultáneamente.

Las aplicaciones HPC contemporáneas suelen implicar miles de núcleos trabajando en paralelo para agilizar los procesos. Los proveedores de infraestructura como servicio (IaaS) ofrecen a los usuarios la flexibilidad de acceder a un gran número de nodos bajo demanda, reduciendo la carga de trabajo cuando sea necesario. Este planteamiento de pago por uso elimina la necesidad de realizar importantes gastos de capital (CAPEX) en el desarrollo de infraestructuras. Además, los usuarios de IaaS suelen tener la opción de personalizar las configuraciones de los nodos para aplicaciones específicas.

Sistema operativo

Los sistemas operativos actúan como interfaces vitales entre los componentes de hardware y software en las configuraciones de computación de alto rendimiento (HPC). El entorno HPC se basa principalmente en dos grandes sistemas operativos: Linux y Windows.

Linux ocupa un lugar central en la HPC, ya que ofrece funciones robustas y un amplio soporte para el procesamiento paralelo. Su flexibilidad y capacidad de personalización lo convierten en una opción popular para satisfacer las exigentes necesidades computacionales de las aplicaciones HPC. Linux se ha convertido en el sistema operativo de referencia para la HPC, ya que permite una utilización eficiente de los recursos y la escalabilidad.

Windows, por su parte, encuentra su papel en los entornos HPC cuando se requieren aplicaciones específicas basadas en Windows. Aunque no se utiliza tan habitualmente como Linux en HPC, Windows es una opción viable para situaciones en las que la compatibilidad con software específico de Windows es primordial.

Red

La informática de alto rendimiento (HPC) depende de una sólida infraestructura de red para conectar el hardware informático, el almacenamiento y los usuarios. Las redes HPC están diseñadas para gestionar anchos de banda de datos considerables y garantizar una baja latencia para transferencias de datos eficientes. Los gestores de clústeres, los servicios de gestión y los programadores desempeñan un papel crucial a la hora de facilitar la transmisión de datos y gestionar los clústeres.

Los gestores de clústeres se encargan de distribuir las cargas de trabajo entre diversos recursos computacionales, como CPU, FPGA, GPU y unidades de disco. Para garantizar una gestión fluida de los recursos, estos componentes deben estar interconectados dentro de una red unificada. Al aprovechar los proveedores de infraestructura como servicio (IaaS), los usuarios se benefician del aprovisionamiento automático de instalaciones esenciales de gestión de infraestructuras, lo que simplifica el proceso de gestión global.

Al adoptar los servicios IaaS, los usuarios pueden centrarse en sus necesidades informáticas específicas sin las complejidades de la gestión de infraestructuras. Este enfoque racionalizado de la HPC mejora la productividad y la eficiencia, lo que en última instancia conduce a resultados óptimos.

Almacenamiento

En la computación de alto rendimiento (HPC), los datos se almacenan en un gran repositorio de datos para facilitar el procesamiento. Dado que los datos pueden adoptar diversas formas -estructurados, semiestructurados y no estructurados-, pueden ser necesarios distintos tipos de bases de datos para acomodarlos.

En un primer momento, los datos brutos se almacenan en un lago de datos, lo que plantea dificultades para su procesamiento al carecer de una finalidad específica. Para solucionar este problema, los datos procesados y refinados se almacenan en almacenes de datos, adaptados a su uso previsto.

A pesar de su importancia, el almacenamiento suele pasarse por alto en muchos casos de uso de HPC. La HPC entra en juego cuando se procesan grandes cantidades de datos en paralelo, y el rendimiento depende de la perfecta coordinación de todos los componentes arquitectónicos. Las soluciones tradicionales de almacenamiento heredadas pueden resultar inadecuadas, provocando cuellos de botella e impidiendo el rendimiento. Para garantizar un rendimiento óptimo, las arquitecturas HPC suelen emplear soluciones de almacenamiento de objetos y archivos rápidos unificados (UFFO) capaces de seguir el ritmo de la potencia de procesamiento de la configuración.