Computação de alto desempenho (HPC)
Referência : Ramos, M. J., (2021) O que é a computação de alto desempenho?, Rev. Ciência Elem., V9(4):070
Autor: Maria João Ramos
Editor: João Nuno Tavares
DOI: [https://doi.org/10.24927/rce2021.070]
Resumo
Começa a ser habitual, nos dias que correm, ouvir falar de computação de alto desempenho, ou HPC (do inglês High Performance Computing). Se eu pedisse aos leitores que me dessem uma definição de HPC quantos seriam capazes de o fazer? Eu arriscaria a dizer que poucos... é, no entanto, algo que os mais novos começam a saber discutir...
- O que é, pois, a High Performance Computing?
- Existem High Performance Computing e High Performance Computers em Portugal?
- Para que são utilizados os HPCs e/ou quem os utiliza?
Estas são as perguntas simples, de cultura geral apenas, a que tentaremos responder neste pequeno artigo.
O que é, pois, a High Performance Computing?
De um modo geral, é a capacidade de processar dados e realizar cálculos complexos a velocidades elevadas. O termo HPC relaciona-se com a prática de agrupar poder de computação suficiente para oferecer um desempenho muito mais elevado do que é possível ter com um computador típico, seja ele um portátil ou uma estação de trabalho. Assim, cada um destes supercomputadores é, na realidade, um cluster de computadores composto por dezenas de milhar de processadores e, obviamente, o seu custo, tal como o seu desempenho, é elevadíssimo.
É de notar que o acrónimo HPC é utilizado não só para High Performance Computing como para high performance computer, embora se entenda bem pelo sentido da frase a qual deles um texto se refere.
Atualmente, a rede europeia PRACE (Partnership for Advanced Computing in Europe) providencia acesso a recursos, serviços de computação e análise de dados de vanguarda, de aplicações científicas e de engenharia em grande escala. As instalações HPC europeias são classificadas em 3 tiers (níveis): tier 0 – centros europeus com máquinas petaflop (1015 operações por segundo), tear 1 – centros nacionais, tier 2 – centros regionais. Assim, o PRACE assume dar acesso a 7 sistemas tier 0: Marconi (CINECA, Bologna, Itália), JUWELS (GCS@ Forschungszentrum Jülich, Alemanha), HAWK (GCS@High-Performance Computing Center Stuttgart, Alemanha), SuperMUC-NG (GCS@Leibniz-Rechenzentrum, Alemanha), Piz Daint (ETH Zürich/CSCS, Suíca), Joliot-Curie (Très Grand Centre de Calcul (TGCC)@CEA, perto de Paris, França), e MareNostrum 4 (Barcelona Supercomputing Center, Espanha).
Este último, MareNostrum 4, o supercomputador principal do Barcelona Supercomputing Center – Centro Nacional de Supercomputación (BSC-CNS), é um dos exemplos mais carismáticos de um supercomputador. O MareNostrum 4 (FIGURAS 1 e 2) está alojado dentro da Torre Girona, em Barcelona, uma capela que data da década de 1940 e que foi desconsagrada e convertida para uso secular na década de 1970. É possível fazer um percurso virtual pelo MareNostrum/Torre Girona, bastando, para isso, aceder a https://www.bsc.es/discover-bsc/ visit-our-supercomputer.
Existe High Performance Computing e High Performance Computers em Portugal?
Neste momento, Portugal usufrui da Rede Nacional de Computação Avançada (RNCA) que oferece serviços de computação avançada para comunidades de investigação, inovação e administração pública, desde 2018.
A RNCA foi estabelecida pela Iniciativa Nacional Competências Digitais e.2030, Portugal INCoDe.2030, incorporando atualmente 4 centros operacionais:
- Bob operado pelo MACC – Centro de Informática Avançada do Minho.
- Navigator/Navigator+ operado pelo LCA-UC – Laboratório de Computação Avançada da Universidade de Coimbra.
- Oblivion and Vision operado pela HPC-UE – High Performance Computing da Universidade de Évora.
- Cirrus-A and Stratus operados pelo INCD – Infraestrutura Nacional de Computação Distribuída.
A Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT), via RNCA, tem um papel fundamental no atual panorama português, pois agrega presentemente os recursos nacionais de computação avançada e promove a cooperação entre os vários centros envolvidos, lançando concursos para projetos de computação avançada. Assim, a FCT lançou recentemente o Concurso de Projetos de Computação Avançada 2021, que visa distribuir (apenas) capacidade computacional.
Para que são utilizados os HPCs e/ou quem os utiliza?
Todos sabemos que a Ciência e a Engenharia alimentam inovações revolucionárias que melhoram a qualidade de vida de milhões de pessoas em todo o mundo. A HPC é presentemente a base para avanços científicos, industriais e sociais e os HPC são, hoje em dia, utilizados para resolver grandes problemas de Ciência, Engenharia e Inovação/Tecnologia, entre outros, através de cálculos complexos e/ou do uso de uma quantidade incomensurável de dados (big data). Mais objetivamente, problemas relacionados com:
- Saúde, como seja o desenvolvimento de fármacos e/ou curas para a diabetes, o cancro e, atualmente, a COVID-19, o diagnóstico exato de doenças, ou a sequenciação genómica.
- Engenharia, como seja o teste de novos projetos em mundos virtuais simulados com gravidade, calor e vento entre outros exemplos concretos são a funcionalidade de peças de avião ou a otimização de bicicletas de corrida.
- Investigação espacial, como seja a procura de respostas a determinados problemas – de onde veio o universo, o espaço sideral ser ou não habitado por alienígenas, meteoritos prestes a colidir com a Terra – i.e. modelos baseados em HPC que aproveitem ao máximo as informações provindas de sondas e satélites.
- Planeamento urbano, como seja a utilização de dados coletados, pelas principais metrópoles mundiais, de sensores sobre o clima, padrões de trânsito, níveis de ruído, etc.. Isto permite que as autoridades tomem decisões imediatas baseadas em dados verdadeiros como, ainda, decisões a longo prazo sobre, por exemplo, mudança climática.
- Comércio e Finanças, como seja o facto dos sistemas HPC serem capazes de funcionar um milhão de vezes mais rápido do que um portátil, oferecendo às empresas vantagens comerciais no que diz respeito ao desenvolvimento diário de produtos.
- Novas Tecnologias, como sejam a internet das coisas, a inteligência artificial (e um dos seus importantes subprodutos, i.e. machine learning) e imagens 3-D.
De um modo geral, transmitir um evento ao vivo, rastrear um tornado em desenvolvimento ou testar novos produtos, são exemplos de como é crucial a capacidade de processamento de dados em tempo real. Em conclusão, a computação de alta performance veio para ficar, acelerando a inovação através de redes rápidas e infraestruturas virtualmente ilimitadas.
Criada em 19 de Outubro de 2021
Revista em 20 de Outubro de 2021
Aceite pelo editor em 15 de Dezembro de 2021
