Una supercomputadora, supercomputador o superordenador es un dispositivo informático con capacidades de cálculo superiores a las computadoras comunes y de escritorio, ya que se usan con fines específicos. Hoy día los términos de supercomputadora y superordenador se están reemplazando por computadora de alto rendimiento y ambiente de cómputo de alto rendimiento, ya que las supercomputadoras son un conjunto de poderosos ordenadores unidos entre sí para aumentar su potencia de trabajo y rendimiento. Al año 2019, los superordenadores más rápidos funcionaban en aproximadamente más de 148 petaflops (un petaflops, en la jerga de la computación, significa que realizan más de 1000 billones de operaciones por segundo). La lista de supercomputadoras se encuentra en el ranking TOP500.
Las supercomputadoras se introdujeron en la década de 1970 y se diseñaron principalmente por Seymour Cray en la compañía Control Data Corporation (CDC), la cual dominó el mercado durante esa época, hasta que Cray dejó CDC para formar su propia empresa, Cray Research. Con esta nueva empresa siguió dominando el mercado con sus nuevos diseños y obtuvo el podio más alto en supercómputo durante cinco años consecutivos (1985-1990). En los años 1980 un gran número de empresas competidoras entraron en el mercado en paralelo con la creación del mercado de los minicomputadores una década antes, pero muchas de ellas desaparecieron a mediados de los años noventa. El término está en constante flujo: las supercomputadoras de hoy tienden a convertirse en las computadoras ordinarias del mañana. Las primeras máquinas de CDC fueron simplemente procesadores escalares muy rápidas y muchos de los nuevos competidores desarrollaron sus propios procesadores escalares a un bajo precio para poder penetrar en el mercado.
De principio a mediados de los años ochenta se vieron máquinas con un modesto número de procesadores vectoriales trabajando en paralelo, lo cual se convirtió en un estándar. El número típico de procesadores estaba en el rango de 4 a 16. En la última parte de los años ochenta y principios de los noventa, la atención cambió de procesadores vectoriales a sistemas de procesadores masivamente paralelos con miles de CPU «ordinarias». En la actualidad, los diseños paralelos están basados en microprocesadores de clase servidor que están disponibles actualmente (2011). Ejemplos de tales procesadores son PowerPC, Opteron o Xeon, y la mayoría de los superordenadores modernos son hoy en día clústeres de computadores altamente afinados que usan procesadores comunes combinados con interconexiones especiales.
Hasta ahora el uso y la generación de las mismas se ha limitado a organismos militares, gubernamentales, académicos y empresariales.
Se usan para tareas de cálculos intensivos como problemas de física cuántica, predicción del tiempo, investigación de cambio climático, modelado de moléculas, simulaciones físicas como la simulación de aviones o automóviles en el viento (también conocido como Computational Fluid Dinamics), simulación de la detonación de armas nucleares e investigación en la fusión nuclear.
Como ejemplo, se encuentra el superordenador IBM Roadrunner; científicos de IBM y del laboratorio de Los Álamos trabajaron seis años en la tecnología de la computadora. Algunos elementos de Roadrunner tienen como antecedentes videojuegos populares, de acuerdo con David Turek, vicepresidente del programa de supercomputadoras de IBM. «En cierta forma, se trata de una versión superior de Sony PlayStation 3», indicó. «Tomamos el diseño básico del chip (de PlayStation) y mejoramos su capacidad», informó Turek.
Sin embargo, Roadrunner difícilmente pueda asemejarse a un videojuego. El sistema de interconexión ocupa 557 m² de espacio. Cuenta con 91,7 km de fibra óptica y pesa 226,8 t. La supercomputadora estaba en el laboratorio de investigaciones de IBM en Poughkeepsie (Nueva York) y se trasladó en julio del 2008 al laboratorio de Los Álamos (Nuevo México).[[m
Japón creó la primera supercomputadora petaflops, la MDGrape-3, pero solo de propósitos particulares. Luego IBM de EE. UU. creó la Roadrunner, también de 1 petaflop. China, la Milky Way One, de 1,2 petaflops; y Cray de EE. UU. la Jaguar, de 1,7 o 1,8 petaflop, que es al final del año 2009 la más rápida. El superordenador más rápido a finales de 2010 era el chino Tianhe 1A, con máximas de velocidad de 2,5 petaflops.
Muchas de las unidades centrales de procesamiento (CPU por sus siglas en inglés) usadas en los supercomputadores de hoy en día disipan diez veces más calor que un disco de estufa común. Algunos diseños necesitan enfriar los múltiples CPU a –85 °C (–185 °F).
Enfriar múltiples CPU a tales temperaturas requiere de un gran consumo de energía. Por ejemplo, un nuevo supercomputador llamado Aquasar tendrá una velocidad tope de 10 teraflops. Mientras tanto el consumo de energía de un solo rack de este supercomputador consume cerca de 10 kW. Como comparación, un rack del supercomputador Blue Gene L/P consume alrededor de 40 kW.
El consumo promedio de un superordenador dentro de la lista de los 500 supercomputadores más rápidos del mundo es de alrededor de 257 kW.
Para el supercomputador Aquasar, que se instalará en el Instituto Tecnológico Federal Suizo (ETH), se utilizará un nuevo diseño de enfriamiento líquido. Se necesitarán 10 litros de agua que fluirán a 29,5 litros por minuto.
Una de las innovaciones en este diseño es que normalmente los sistemas de enfriamiento aíslan el líquido de la CPU y la transmisión de calor se da por convección desde la cubierta metálica de la CPU a través de un adaptador generalmente de cobre o de otro material térmicamente conductivo. La innovación consiste en un nuevo diseño en el cual llega el agua directamente a la CPU mediante tubos capilares de manera que la transmisión de calor es más eficiente.
En el caso del ETH en Suiza, el calor extraído del supercomputador se reciclará para calentar habitaciones dentro de la misma universidad.
En 2019 el segundo supercomputador Sierra en la lista TOP500 consumía la mitad de energía que el tercero en la lista (Sunway TaihuLight).
Velocidad de procesamiento: miles de millones de instrucciones de coma flotante por segundo.
Usuarios a la vez: hasta miles, en entorno de redes amplias.
Tamaño: requieren instalaciones especiales y aire acondicionado.