O que é um “Supercomputador”: Entenda como funcionam as supermáquinas

O que é um “Supercomputador”: Entenda como funcionam as supermáquinas

dezembro 31, 2020 0 By carolcfuenmayor

Andar entre as fileiras de gabinetes de supercomputador no Laboratório Nacional de Argonne, Leadership Computing Facility, localizado a cerca de 40 quilômetros de Chicago, é como vagar por uma versão de alta tecnologia do Labirinto de Overlook de “The Shining’s”.

Os dois supercomputadores principais nesse labirinto de aço, chamados Mira e Theta, compreendem 101 gabinetes do tamanho de refrigeradores padrão que contêm pilhas de prateleiras.

O total combinado deles: 160 toneladas – grande parte desse peso devido aos sistemas de refrigeração a água que evitam o superaquecimento.

Com todo esse equipamento zumbindo, não é um lugar tranquilo. Mais perto dos computadores, os visitantes devem gritar para serem ouvidos em meio ao barulho constante.

6 bilhões de vezes mais rápido: O supercomputador Aurora

Em algum momento de 2021, se tudo correr conforme o planejado, um novo supercomputador fantasticamente poderoso batizado de Aurora surgirá.

Aurora será o primeiro dos três supercomputadores “exascale” capazes de realizar um bilhão de bilhões (também conhecido como quintilhão) de cálculos por segundo.

Medido como 1018 FLOPS (que significa operações de ponto flutuante por segundo), o sistema será seis bilhões de vezes mais rápido do que seu antecessor, o inovador Cray-1 de 1964.

Colocado em termos mais tangíveis, ‘Uma pessoa adicionar 1+1+1 em uma calculadora manual uma vez por segundo, sem tempo de folga para comer ou dormir, levaria 31,7 trilhões de anos para fazer o que Aurora fará em um segundo.’

‘Existem limitações sobre o que podemos fazer hoje em um supercomputador’, disse Mike Papka, diretor do Leadership Computing Facility.

‘Agora mesmo, podemos fazer simulações da evolução do universo. Mas com Aurora, seremos capazes de fazer isso de uma maneira mais realista, com mais física e mais química adicionada as simulações.

Estamos começando a fazer coisas como tentar entender como diferentes drogas interagem umas com as outras e, digamos, alguma forma de câncer. Podemos fazer isso em pequena escala agora. Seremos capazes de fazer isso em uma escala ainda maior com Aurora.’

Como um dos 52 supercomputadores do Departamento de Energia, Aurora provavelmente será o único sistema exascale existente quando for lançado.

Qual serão as tarefas do novo supercomputador?

Em uma entrevista coletiva de março de 2019 anunciando a instalação do Aurora, o diretor do laboratório associado da Argonne, Rick Stevens, explicou que o sistema irá lidar com aplicativos de computação de alto desempenho.

Além disso, realizará análise de dados que são gerados por aceleradores, telescópios e outros equipamentos de pesquisa. Nesse ponto, porém, Aurora continua um trabalho em andamento enquanto a Summit fica com a glória.

Originalmente programado para entrar em operação há vários anos em uma encarnação muito menos poderosa e lançado em meados de 2018, Summit custou US$ 200 milhões.

O Summit pode realizar cálculos matemáticos complexos a uma taxa de 200 quatrilhões (ou 200 trilhões) por segundo e é responsável por recuperar O número um da América na lista TOP 500 da China.

Fisicamente imponente, é composto por mais de 300 unidades – semelhantes em tamanho às de Mira e Theta – que pesam um total de 340 toneladas.

Dentro, há quilômetros de cabos de fibra óptica, e o resfriamento desse gigante requer 4.000 galões de água por minuto. Além disso, consome energia vorazmente – o suficiente para abastecer milhares de residências.

Quando o “pai da supercomputação”, Seymour Cray, começou a construir suas máquinas revolucionárias na década de 1960, essa exibição ondulante de músculos computacionais era incompreensível.

Mais de meio século depois, está lentamente se tornando a norma – e um dia parecerá tão estranho quanto um Atari 2600 agora.

Afinal, o que é um supercomputador?

Os supercomputadores empregaram durante anos uma técnica chamada “processamento maciço paralelo”, em que os problemas são divididos em partes e trabalhados simultaneamente por milhares de processadores.

O processo é uma oposição ao método “serial” de um por vez, digamos, seu antigo MacBook Air. Aqui está outra boa analogia, está de Explainthatstuff.com:

‘É como chegar a um caixa com um carrinho cheio de itens, mas depois dividir seus itens entre vários amigos diferentes. Cada amigo pode passar por um caixa separado com alguns dos itens e pagar separadamente.

Depois de pagar tudo, vocês podem se reunir novamente, carregar o carrinho e ir embora. Quanto mais itens houver e mais amigos você tiver, mais rápido ele fará as coisas por processamento paralelo.’

‘Você tem que usar a computação paralela para realmente tirar vantagem do poder do supercomputador.’

‘Você tem que entender como os dados precisam ser trocados entre os processos para fazer isso de maneira eficiente, então há muitos pequenos desafios diferentes que tornam muito divertido trabalhar com eles.’

Problemas de “depuração”, diz ela, são a principal causa dessa frustração. Cálculos que podem ser executados sem problemas usando quatro processadores, por exemplo, podem falhar se um quinto for adicionado.

O Futuro da Supercomputação

Seu smartphone atual é tão rápido quanto um supercomputador era em 1994 – um que tinha 1.000 processadores e fazia simulações nucleares. O que quero dizer é que esse material é rápido – e está ficando cada vez mais rápido.

Veja como Dongarra resume isso: ‘Alcançamos os teraflops em 1997 em uma máquina no Sandia National Laboratories. Então, em 2008, chegamos aos petaflops – em Los Alamos. Agora estamos prestes a atingir exascale, com 1.018 operações, por volta do início de 2020 ou 2021.’

‘Em provavelmente 10 ou 11 anos, estaremos em zettascale – 1.021 operações por segundo.’

‘Quando comecei na computação, estávamos fazendo megaflops – 106 operações. Então as coisas mudam. Existem mudanças na arquitetura, mudanças no software e nos aplicativos que precisam acompanhar isso. Ir para o próximo nível é uma progressão natural.’

Uma história recente no TOP500.com intitulada, ‘A supercomputação está caminhando para uma crise existencial’, pinta um quadro do que está por vir, em que as simulações ficam em segundo plano.

Seja qual for a forma que os supercomputadores assumam, Papka de Argonne diz que eles se tornarão cada vez mais poderosos e transformadores.

As maquinas afetaram tudo, desde o pedestre ao projeto de baterias de carros elétricos mais eficientes até, apenas talvez, a erradicação de doenças de longa batalha como o câncer.