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La computación de alto rendimiento, o HPC para abreviar, puede parecer algo que solo los científicos usan en los laboratorios secretos, pero en realidad es una de las tecnologías más importantes del mundo de hoy. Desde predecir el clima hasta encontrar nuevos medicamentos e incluso capacitar a la inteligencia artificial, los sistemas informáticos de alto rendimiento ayudan a resolver problemas que son demasiado difíciles o demasiado grandes para las computadoras regulares.
Esta tecnología ha ayudado a hacer grandes descubrimientos en ciencia e ingeniería en los últimos 40 años. Pero ahora, la informática de alto rendimiento está en un punto de inflexión, y las elecciones que el gobierno, los investigadores y la industria tecnológica hacen hoy podrían afectar el futuro de la innovación, la seguridad nacional y el liderazgo global.
Los sistemas informáticos de alto rendimiento son computadoras súper potentes compuestas por miles o incluso millones de procesadores que trabajan juntos al mismo tiempo. También utilizan sistemas avanzados de memoria y almacenamiento para moverse y ahorrar enormes cantidades de datos rápidamente.
Con toda esta potencia, los sistemas informáticos de alto rendimiento pueden ejecutar simulaciones y cálculos extremadamente detallados. Por ejemplo, pueden simular cómo una nueva droga interactúa con el cuerpo humano, o cómo un huracán podría moverse a través del océano. También se usan en campos como diseño automotriz, producción de energía y exploración espacial.
Últimamente, la computación de alto rendimiento se ha vuelto aún más importante debido a la inteligencia artificial. Los modelos de IA, especialmente los utilizados para cosas como el reconocimiento de voz y los autos autónomos, requieren enormes cantidades de potencia informática para entrenar. Los sistemas informáticos de alto rendimiento son adecuados para este trabajo. Como resultado, la IA y la computación de alto rendimiento ahora están trabajando estrechamente juntas, empujándose hacia adelante.
Soy un científico informático con una larga carrera trabajando en informática de alto rendimiento. He observado que los sistemas informáticos de alto rendimiento están bajo más presión que nunca, con mayores demandas en los sistemas de velocidad, datos y energía. Al mismo tiempo, veo que la computación de alto rendimiento enfrenta algunos problemas técnicos serios.
Desafíos técnicos
Un gran desafío para la computación de alto rendimiento es la brecha entre cuán rápido son los procesadores y qué tan bien los sistemas de memoria pueden mantenerse al día con la salida de los procesadores. Imagine tener un automóvil súper rápido pero estar atrapado en el tráfico; no ayuda tener velocidad si la carretera no puede manejarlo. De la misma manera, los procesadores de computación de alto rendimiento a menudo tienen que esperar porque los sistemas de memoria no pueden enviar datos lo suficientemente rápido. Esto hace que todo el sistema sea menos eficiente.
Otro problema es el uso de energía. Las supercomputadoras de hoy utilizan una gran cantidad de electricidad, a veces tanto como un pueblo pequeño. Eso es costoso y no muy bueno para el medio ambiente. En el pasado, a medida que las piezas de la computadora se hicieron más pequeñas, también usaban menos energía. Pero esa tendencia, llamada Dennard Scaling, se detuvo a mediados de la década de 2000. Ahora, hacer computadoras más poderosas generalmente significa que también usan más energía. Para solucionar esto, los investigadores buscan nuevas formas de diseñar tanto el hardware como el software de los sistemas informáticos de alto rendimiento.
También hay un problema con los tipos de chips que se están haciendo. La industria del chip se centra principalmente en la IA, que funciona bien con matemáticas de menor precisión como números de 16 bits o 8 bits. Pero muchas aplicaciones científicas aún necesitan una precisión de 64 bits para ser precisa. Cuanto mayor sea el recuento de bits, más dígitos a la derecha del punto decimal pueden procesar un chip, de ahí la mayor precisión. Si las empresas de chips dejan de hacer las partes que los científicos necesitan, entonces podría ser más difícil hacer una investigación importante.
Este informe discute cómo las tendencias en la fabricación de semiconductores y las prioridades comerciales pueden divergir de las necesidades de la comunidad informática científica y cómo la falta de hardware a medida podría obstaculizar el progreso en la investigación.
Una solución podría ser crear chips personalizados para la computación de alto rendimiento, pero eso es costoso y complicado. Aún así, los investigadores están explorando nuevos diseños, incluidos los chiplets, chips pequeños que se pueden combinar como ladrillos LEGO, para hacer que los procesadores de alta precisión sean más asequibles.
Una carrera global
A nivel mundial, muchos países están invirtiendo fuertemente en la informática de alto rendimiento. Europa tiene el programa EuroHPC, que está construyendo supercomputadoras en lugares como Finlandia e Italia. Su objetivo es reducir la dependencia de la tecnología extranjera y tomar la iniciativa en áreas como el modelado climático y la medicina personalizada. Japón construyó la supercomputadora de Fugaku, que respalda la investigación académica y el trabajo industrial. China también ha avanzado importantes, utilizando tecnología de cosecha propia para construir algunas de las computadoras más rápidas del mundo. Todos los gobiernos de estos países entienden que la informática de alto rendimiento es clave para su seguridad nacional, fuerza económica y liderazgo científico.
Estados Unidos, que ha sido líder en informática de alto rendimiento durante décadas, recientemente completó el proyecto de computación Exascale del Departamento de Energía. Este proyecto creó computadoras que pueden realizar mil millones de operaciones por segundo. Ese es un logro increíble. Pero incluso con ese éxito, Estados Unidos todavía no tiene un plan claro a largo plazo para lo que viene después. Otros países se están moviendo rápidamente y sin una estrategia nacional, los Estados Unidos corre el riesgo de quedarse atrás.
Creo que una estrategia nacional de EE. UU. Debe incluir financiar nuevas máquinas y capacitación para que las personas las usen. También incluiría asociaciones con universidades, laboratorios nacionales y empresas privadas. Lo más importante es que el plan se centraría no solo en el hardware sino también en el software y los algoritmos que hacen que la computación de alto rendimiento sea útil.
Señales de esperanza
Un área emocionante para el futuro es la computación cuántica. Esta es una forma completamente nueva de hacer el cálculo basado en las leyes de la física a nivel atómico. Las computadoras cuánticas podrían algún día resolver problemas que son imposibles para las computadoras regulares. Pero todavía están en las primeras etapas y es probable que complementen en lugar de reemplazar los sistemas de computación de alto rendimiento tradicionales. Es por eso que es importante seguir invirtiendo en ambos tipos de computación.
La buena noticia es que ya se han dado algunos pasos. La Ley de Chips and Science, aprobada en 2022, proporciona fondos para expandir la fabricación de chips en los EE. UU. También creó una oficina para ayudar a convertir la investigación científica en productos del mundo real. La visión del grupo de trabajo para la ciencia y la tecnología estadounidense, lanzada el 25 de febrero de 2025, y dirigida por la Asociación Americana para el Avance del CEO de Science Sudip Parikh, tiene como objetivo organizar organizaciones sin fines de lucro, academia e industria para ayudar a guiar las decisiones del gobierno. Las empresas privadas también están gastando miles de millones de dólares en centros de datos e infraestructura de IA.
Todos estos son signos positivos, pero no resuelven completamente el problema de cómo soportar la computación de alto rendimiento a largo plazo. Además de las inversiones de financiamiento e infraestructura a corto plazo, esto significa:
Inversión federal a largo plazo en I + D informática de alto rendimiento, que incluye hardware avanzado, software y arquitecturas de eficiencia energética. Adquisición y despliegue de sistemas informáticos de clase de liderazgo en los laboratorios y universidades nacionales. Desarrollo de la fuerza laboral, incluida la capacitación en programación paralela, métodos numéricos e integración de AI-HPC. Alineación de la hoja de ruta de hardware, garantizar el desarrollo de chips comerciales sigue siendo compatible con las necesidades de las aplicaciones científicas e ingeniería. Modelos de financiación sostenible que evitan los ciclos de auge y caída vinculados a hitos únicos o urgencia geopolítica. Colaboración público-privada para cerrar las brechas entre la investigación académica, la innovación de la industria y las necesidades de seguridad nacional.
La computación de alto rendimiento es más que computadoras rápidas. Es la base del descubrimiento científico, el crecimiento económico y la seguridad nacional. Con otros países avanzando, Estados Unidos está bajo presión para encontrar un plan claro y coordinado. Eso significa invertir en un nuevo hardware, desarrollar un software más inteligente, capacitar una fuerza laboral calificada y construir asociaciones entre el gobierno, la industria y la academia. Si Estados Unidos hace eso, el país puede asegurarse de que la informática de alto rendimiento continúe con la innovación de alimentación en las próximas décadas.
Proporcionado por la conversación
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Cita: Desafíos a la informática de alto rendimiento amenazan la innovación de los Estados Unidos (2025, 14 de mayo) Recuperado el 14 de mayo de 2025 de https://techxplore.com/news/2025-05-high-threaten.html
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