Fortran: El lenguaje pionero del cálculo científico e ingeniería

Fortran es uno de esos nombres que resuenan en los pasillos de la historia de la informática, especialmente entre quienes se mueven en el mundo de la ciencia, la ingeniería y el cálculo numérico. Pese a que hoy su uso esté mucho más focalizado que hace décadas, su influencia y relevancia en el panorama de la programación siguen siendo indiscutibles. En este artículo vas a encontrar una visión detallada, basada en varias fuentes de referencia, que te permitirá conocer qué es Fortran, cómo surgió, por qué fue revolucionario y en qué lugares sigue dejando su huella.

Si alguna vez te preguntaste por qué tantos científicos y matemáticos de generaciones anteriores siguen hablando con pasión de Fortran o por qué algunos superordenadores modernos siguen usando este lenguaje, aquí tienes toda la información necesaria para entenderlo, desde sus orígenes hasta sus usos actuales. Prepárate para un viaje exhaustivo a través de la historia y la evolución de uno de los grandes hitos de la programación.

¿Qué es Fortran y cuál es su origen?

Fortran, cuyo nombre proviene de la contracción de FORmula TRANslating System, es un lenguaje de programación de alto nivel, diseñado desde el principio para facilitar los cálculos complejos en ciencia e ingeniería. El desarrollo de Fortran comenzó a finales de 1953, cuando John W. Backus, un matemático y programador que trabajaba en IBM, propuso crear una alternativa más práctica al entonces omnipresente lenguaje ensamblador. El objetivo era claro: permitir que los programadores pudieran escribir código de forma más sencilla, eficiente y cercana al lenguaje matemático habitual.

El equipo de Backus era un grupo selecto de programadores, entre los que destacan Richard Goldberg, Sheldon F. Best, Harlan Herrick, Peter Sheridan, Roy Nutt, Robert Nelson, Irving Ziller, Lois Haibt y David Sayre. Juntos, en el IBM Watson Scientific Laboratory, desarrollaron el primer borrador del lenguaje en 1954 y lo plasmaron en un manual publicado en octubre de 1956. Esta primera versión vio la luz en 1957, justo después de años de trabajo focalizado en hacer que el código generado fuera casi tan eficiente como el hecho a mano en ensamblador, venciendo así el escepticismo inicial de la comunidad tecnológica de la época.

El salto de Fortran: de IBM al mundo

En sus primeras etapas, Fortran estaba directamente ligado al IBM 704, un ordenador mainframe que marcó la transición de la informática primitiva a la moderna. El motivo: no había una forma sencilla de programar máquinas tan complejas y potentes. Fortran se convirtió en la primera gran alternativa, permitiendo una drástica reducción en el número de instrucciones necesarias para que una máquina ejecutara operaciones numéricas. De hecho, se estima que se podían reducir hasta en 20 veces las sentencias requeridas frente al ensamblador, lo que supuso una auténtica revolución.

El éxito fue tal que, para 1960, ya había compiladores de Fortran para diversos equipos de IBM como el IBM 709, 650, 1620 y 7090, y poco después los fabricantes rivales comenzaron a lanzar sus propios compiladores. En 1963, existían más de 40 compiladores para Fortran disponibles en el mercado.

La evolución continua: versiones de Fortran a lo largo del tiempo

Desde su creación, Fortran ha evolucionado constantemente mediante diferentes versiones, cada una introduciendo mejoras y adaptaciones a las nuevas necesidades de los programadores y de la industria. Entre las versiones más destacadas se encuentran:

• FORTRAN I (1957): la versión original, pensada para el IBM 704.
• FORTRAN II: introdujo subrutinas y soporte para las nuevas máquinas de IBM.
• FORTRAN IV: estandarizó muchas de las funcionalidades y mejoró la portabilidad.
• FORTRAN 66: también conocido como ANSI FORTRAN, fue el primer estándar oficial.
• FORTRAN 77: añadió manejo de caracteres y sentó las bases para la programación estructurada.
• Fortran 90: introdujo la programación modular, los arrays dinámicos y la orientación a objetos.
• Fortran 95: consolidó las mejoras del 90 y añadió nuevas funciones intrínsecas.
• Fortran 2003: orientado a objetos completo y soporte avanzado para interoperabilidad con C.
• Fortran 2008: soporte para paralelismo y otras funcionalidades modernas.
• Fortran 2018: mejoras en el paralelismo, rendimiento y nuevas capacidades del lenguaje.

En la actualidad, la versión más utilizada en muchas aplicaciones científicas clásicas sigue siendo Fortran 77, aunque Fortran 90 y posteriores han ido ganando terreno, especialmente en escenarios que requieren modularidad o programación paralela.

Características esenciales de Fortran

Fortran es fundamentalmente un lenguaje imperativo y procedimental, especialmente adaptado al cálculo numérico y a la computación científica. Su sintaxis, aunque arcaica comparada con lenguajes modernos, está optimizada para expresar operaciones matemáticas de forma compacta y eficiente, permitiendo que muchas fórmulas y ecuaciones puedan trasladarse casi literalmente del papel a la pantalla. Desde Fortran 95, estas capacidades se han ampliado con comandos breves para operaciones con matrices y una gestión más flexible de los tipos de datos.

Una de sus ventajas históricas ha sido la portabilidad. La existencia de estándares ANSI e ISO para Fortran ha permitido que el mismo código pueda ejecutarse en diferentes sistemas y plataformas con mínimas modificaciones, algo clave en el mundo científico, donde las inversiones en software suelen ser considerables y los cambios de lenguaje resultan costosos y complejos de justificar.

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Fortran en la ciencia y la ingeniería

Desde sus orígenes, Fortran ha sido el lenguaje de referencia en áreas que requieren cálculos intensivos. Se ha utilizado ampliamente en astronomía, dinámica de fluidos computacional (CFD), simulación de satélites, análisis de elementos finitos, modelado climático, matemáticas aplicadas, estadística y finanzas. Su impacto ha sido tan profundo que incluso hoy en día, una parte significativa de las aplicaciones de evaluación de rendimiento para superordenadores están escritas en Fortran.

En la actualidad, Fortran sigue siendo el estándar de facto en computación de alto rendimiento (HPC), y muchos de los benchmarks que se emplean para medir los ordenadores más potentes del mundo están desarrollados en este lenguaje. Según rankings como TIOBE, Fortran continúa figurando entre los primeros puestos dentro de los lenguajes más usados en el ámbito científico y técnico.

La relación de Fortran con los compiladores y la portabilidad

El desarrollo de Fortran estuvo íntimamente ligado al avance de la tecnología de los compiladores. De hecho, fue el primer lenguaje en contar con un compilador propio, lo que facilitó la portabilidad de los programas y permitió que el mismo software pudiera ejecutarse en diferentes máquinas sin apenas modificaciones. Este hito impulsó una rápida competencia entre fabricantes y fue uno de los motivos principales de la expansión del lenguaje más allá de IBM.

Con el paso del tiempo, la aparición de estándares oficiales logró mejorar aún más la portabilidad. Aunque los vendedores introducían sus propias extensiones, la mayoría de los compiladores modernos incluyen opciones para detectar y evitar el uso de estas extensiones incompatibles, asegurando así que el código sea lo más portable posible.

Ventajas y limitaciones de Fortran

Como en cualquier otro lenguaje, Fortran presenta un conjunto de ventajas y desventajas que han ido evolucionando a lo largo de las décadas:

• Ventajas:
  • Alto rendimiento en cálculos numéricos y científicos.
  • Tipado estático y fuerte, que detecta errores en tiempo de compilación.
  • Sintaxis orientada a operaciones matemáticas; fácil de entender para científicos y matemáticos.
  • Gran cantidad de bibliotecas científicas disponibles.
  • Portabilidad asegurada por los estándares ANSI e ISO.
  • Soporte para programación paralela y orientada a objetos en versiones modernas.
• Desventajas:
  • Sintaxis considerada anticuada y poco flexible para quienes vienen de lenguajes más modernos.
  • Errores de un solo carácter pueden producir fallos sutiles y difíciles de depurar.
  • Las versiones más antiguas carecían de asignación dinámica de memoria o estructuras modernas.
  • Poca utilización fuera del ámbito científico y numérico.
  • La migración a otros lenguajes como Python o Matlab ha sido progresiva para nuevas aplicaciones, aunque en muchos contextos Fortran sigue siendo insustituible por su rendimiento.

Programación paralela y alto rendimiento

Una de las grandes ventajas de Fortran en el mundo moderno es su soporte nativo para programación paralela y tratamiento matricial. Desde versiones como Fortran 2003 y posteriores, el lenguaje ha ido introduciendo facilidades para trabajar de manera eficiente en sistemas multinúcleo, clústeres y entornos HPC. A través de conceptos como Coarrays, subrutinas colectivas y eventos, Fortran permite aprovechar al máximo los recursos de los sistemas actuales, lo que explica su continua presencia en simulaciones científicas de gran escala y predicción meteorológica.

Los compiladores disponibles, tanto de código abierto como propietarios, están muy optimizados y validados, permitiendo que el código se ejecute casi tan rápido como el equivalente en ensamblador. Algunos ejemplos de compiladores y recursos modernos incluyen Fortran-lang.org, GFortran y otros proyectos colaborativos que siguen desarrollando librerías y herramientas para el ecosistema Fortran.

Fortran comparado con otros lenguajes

Comparar Fortran con otros lenguajes de programación implica entender su nicho particular. Mientras lenguajes como C, C++ o Python han ganado terreno por sus capacidades generales, Fortran mantiene una posición privilegiada en cálculos de alto rendimiento gracias a su eficiencia en operaciones con matrices y datos complejos. Esta eficiencia es fundamental en simulaciones avanzadas que requieren aprovechar al máximo el hardware.

Sus raíces tecnológicas, como las tarjetas perforadas de 80 columnas y la secuencialidad de las ejecuciones, han ido evolucionando, pero en muchas áreas continúa siendo la opción preferida para tareas donde se prioriza la velocidad de procesamiento y la precisión numérica.

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Fortran hoy y su futuro

En 2024, Fortran sigue siendo una pieza clave en proyectos científicos, modelos climáticos y simulaciones numéricas. Aunque algunos migran a lenguajes como Python, la comunidad activa mantiene vivo el desarrollo del lenguaje, publicando nuevas bibliotecas y actualizaciones que aseguran su relevancia.

El futuro de Fortran se concentra en la computación de alto rendimiento, donde la velocidad, la eficiencia y el soporte para paralelismo continúan siendo esenciales. La interoperabilidad con otros lenguajes y plataformas, junto con herramientas modernas, garantizan que Fortran no pierda su papel en los ámbitos donde la precisión y el rendimiento son prioritarios.

Gracias a su longevidad, Fortran ha demostrado ser un lenguaje robusto y duradero en el mundo de la ciencia y la ingeniería, adaptándose a los cambios tecnológicos y manteniendo su posición en áreas críticas para el avance científico y técnico.