SUPERCOMPUTADORES - Características e aplicações;

UNIVERSIDADE ESTADUAL DO PARANÁ FACULDADE ESTADUAL DE FILOSOFIA, CIÊNCIAS E LETRAS DE PARANAGUÁ

GUSTAVO HENRIQUE SILVA SARTURI

SUPERCOMPUTADORES: CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES

PARANAGUÁ – 2015

GUSTAVO HENRIQUE SILVA SARTURI

SUPERCOMPUTADORES: CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES

Trabalho de pesquisa acadêmica elaborado como avaliação parcial do 1º bimestre da disciplina

de

Informática

Aplicada

à

Matemática ministrada pelo Prof. Edison Souza do curso de Licenciatura Plena em Matemática da Universidade Estadual do Paraná – campus Paranaguá.

PARANAGUÁ – 2015

SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO .................................................................................................................. 04 2. BREVE HISTÓRIA DOS SUPERCOMPUTADORES .................................................... 05 3. OS 5 MAIORES SUPERCOMPUTADORES DA ATUALIDADE ................................. 12 3.1. TIANHE-2 (CHINA) .................................................................................................. 12 3.2. CRAY TITAN (ESTADOS UNIDOS) ....................................................................... 13 3.3. IBM SEQUOIA (ESTADOS UNIDOS) ..................................................................... 14 3.4. K COMPUTER (JAPÃO) ........................................................................................... 15 3.5. IBM MIRA (ESTADOS UNIDOS) ............................................................................ 16 4. CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES ........................................................................... 18 5. OS SUPERCOMPUTADORES NO BRASIL ................................................................... 21 5.1. SANTUS DUMONT (RIO DE JANEIRO) ...................................................................... 21 5.2. CEMATEC YEMOJA (BAHIA) ................................................................................ 22 5.3. SISTEMA COMPUTACIONAL EULER – CeMEAI (SÃO PAULO) ....................... 22 6. CONCLUSÃO .................................................................................................................... 24 REFERÊNCIAS ................................................................................................................. 25

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1. INTRODUÇÃO

Os supercomputadores estão presentes em nossos dia-a-dia sem nós percebermos. Eles são as máquinas mais poderosas que existem atualmente, principalmente pelo fato de poder ter grande capacidade de armazenamento e rápido processamento. Mas afinal, quais são suas características? Qual a sua importância em nosso mundo globalizado? Quais são os avanços deste ramo quase que restrito pela sociedade? Estas e outras questões serão levantadas através deste trabalho de pesquisa que constará com uma breve história dos Supercomputadores além de mostras as características e arquitetura dos mais potentes da atualidade, e o que esperar para o futuro.

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2. BREVE HISTÓRIA DOS SUPERCOMPUTADORES (1940 aos anos 2000)

O termo supercomputadores surgiu na década de 60, termo este que foi criado para distinguir computadores com sistemas de alto desempenho, rápido processamento e alta capacidade de armazenamento, porém, antes do termo surgir, alguns computadores colaboraram para a chegada destes que futuramente seriam chamados de supercomputadores. Porém, a história deles remonta desde a década de 20 quando a IBM iniciou as suas tabulações na Universidade de Columbia e também a série de computadores de Seymour Cray para alcançar um desempenho de paralelismo computacional superior de pico. Desenvolvido por Ingleses para decodificar mensagens secretas dos alemães desenvolvidos pela máquina ENIGMA que fazia com que a mensagem enviadas fossem apagadas após enviadas, Colossus Mark I foi o primeiro computador programável que atuou por anos secretamente pelo governo Inglês, e utilizava tubos de vácuo. Por ser um projeto secreto, os inventores não receberam crédito algum. Mark I foi sucedido pelo Colossus Mark II, que foi o primeiro computador produzido em série, com 10 unidades no total. Nos Estados Unidos, a história foi um pouco diferente, o computador que estava sendo desenvolvido pela Universidade da Pensilvânia juntamente com John Mauchly foi divulgado publicamente, o ENIAC. O termo ENIAC significa “Eletronic Numerical Integrator And Computer” (Pt-Br: Computador e Integrador Numérico Eletrônico).

Figura 1 - ENIAC em operação na Universidade da Pensilvânia Fonte: Wikipedia Commons

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Desenvolvido entre 1943 e 1945, o ENIAC entrou em operação oficial em julho de 1946, ele era composto por aprox. 17.500 válvulas além de 1.500 relés e diversos capacitores, resistores e outros equipamentos elétricos, além disto, o ENIAC custou para o Exército Norte Americano aproximadamente US$ 10 milhões nas cotações atuais (US$ 470,000.00 na cotação da época). A programação do ENIAC era literalmente manual, os operadores utilizavam de 6.000 chaves manuais para programar, além de, utilizar Cartões Perfurados para a leitura e tradução dos cartões. Para manusear o ENIAC era necessário uma equipe, enquanto algumas pessoas preparavam os cartões, a segunda efetuava a troca dos cartões perfurados no leitor do ENIAC enquanto que a terceira equipe traduzia os resultados que eram impressos em Cartões Perfurados. A manutenção era frequente, pois, por se tratar de válvulas elas queimavam com frequência, fazendo com que boa parte do seu tempo não fosse operada. O ENIAC adiantou o fim da guerra! Apesar de ter entrado em operação oficial em 1946, em 1943 o ENIAC já colaborava e alterou os rumos da guerra, auxiliando na vitória dos Aliados! O ENIAC conseguia calcular em questão de minutos o que um ser humano demorava horas as tabelas de artilharia para uso no campo de batalha. As tabelas de artilharia permitiam ao front de guerra à realizar ataques mais precisos informando dados de alcances, altitudes, temperaturas e condições de vento por exemplo, e com a chegada do ENIAC, as tabelas eram produzidas rapidamente e entregues à tempo para os respectivos fronts de guerra. O UNIVAC foi o sucessor do ENIAC, projetada por John Mauchly e Presper Eckert, foi o primeiro computador comercializado dos Estados Unidos, e também foi o primeiro computador a ser usado no Brasil em 1961, adquirido pelo IBGE para processar os dados do censo anual. Ao Brasil, o UNIVAC custou o aproximado em US$ 3.000.000,00; e veio acompanhado de acessórios e periféricos. Pesando 13 toneladas, era capaz de realizar 1905 operações por segundo. Whirlwind I é considerado o primeiro computador digital, isto é, ele não operava de uma forma mecânica como o Enigma, e a máquina de Pascal por exemplo; e também foi o primeiro a utilizar também um núcleo magnética (memória central magnética) e a operar em bits paralelos, ou seja, operava em tempo real. Para operar em tempo real, Jay W. Forrester elaborou uma matriz tridimensional de núcleos magnéticos que revolucionou o desempenho da máquina. Jay chegou à conclusão de elaborar essa matriz após se perguntar o que ele deveria fazer para fazer com que um computador operasse em tempo real. A decisão de tornar o projeto Whirlwind em um computador digital veio após o lançamento do ENIAC, cujo Jay W. Forrester visitou pessoalmente na Universidade da Pensilvânia durante o desenvolvimento do Whirlwind.

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Desenvolvido por Jay W. Forrester juntamente com a equipe Instituto de Tecnlogia de Massachusetts (Massachusetts Institute of Tecnology, ou MIT) à pedido da Marina dos Estados Unidos entre 1946 à1953, Whirlwind I foi criado com a finalidade de calcular trajetórias precisas de mísseis e também para simulação de voo para treinamento de tripulações de bombardeiros. O sistema previa ter uma aerodinâmica realista para a época, podendo ser adaptado para qualquer modelo de avião da época. Era utilizado também para a produção e exibição de vídeos, e necessitava de operadores para auxiliar no trabalho. Atualmente, relíquias do projeto estão presente no museu da ciência em Boston, Massachusetts, Estados Unidos. O projeto Whirlwind foi um sucesso para a época, porém, alguns anos depois novas tecnologias de computadores surgiram fazendo com que o Whirlwind perdesse a sua utilidade.

Figura 2 – Jay Forrester (à direita em pé) fazendo testes com um protótipo do Whirlwind I no Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) em 1949. Fonte: MIT Library Anos mais tarde, a IBM lançou a IBM Naval Ordnance Research Calculator (IBM NORC) lançado em Dezembro de 1954, foi o mais poderoso da época e auxiliou a Marinha dos Estados Unidos à calcular trajetórias de mísseis. Na cerimônia de entrega, ele fez um cálculo para Pi (π) de 3089 dígitos! Um recorde para época, e tal cálculo levou apenas 13 minutos para ser concluído. A máquina utilizava tubos eletrostáticos para a memória que consistia em armazenar aproximadamente 2.000 palavras com 8 micro segundos de acesso. Mais tarde com um aprimoramento nos tubos eletrostáticos, o computador ampliou a capacidade para 3.600 palavras sem a necessidade de adicionar mais tubos. O que fascinava na época era a velocidade de resposta do computador, uma multiplicação por exemplo, era feita em 31 micro segundos e uma divisão, em apenas 227 micro segundos!

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O IBM 7090 foi o primeiro supercomputador desenvolvido pela IBM, que em comparação ao ENIAC, tinha o tamanho bastante reduzido. O supercomputador utilizava de linguagens como Fortran, Cobol e Algon, que segue a linhagem das primeiras linguagens computacionais. Para muitos, o IBM 7090 foi o primeiro supercomputador, enquanto que para outros, o CDC 6600 é quem merece o título. Um diferencial em relação aos outros computadores é que o IBM 7090 continha núcleos magnético, leitor de cartão, e até mesmo uma impressora, além de outros componentes especiais. Era capaz de efetuar mais de 1 milhão de operações lógicas simultaneamente. Uma curiosidade aqui é que o IBM 7090 foi um dos primeiros computadores a ser utilizado pela NASA, e colaborou nas pesquisas científicas e auxiliou nos controles de voos espaciais para Mercúrio. Tardiamente, o IBM 7090 foi sucedido pelo IBM 7030 Stretch, que foi o primeiro computador com uso de transistor (semi condutor de circuito elétrico).

Figura 3 - IBM 7090 sendo utilizado na NASA. Fonte: Wikipedia Commons Em 1964, Seymour Cray desenvolveu com sua equipe da Control Data Center o CDC 6600, com a novidade de ter um sistema de refrigeração integrado que impedia as altas taxas de aquecimentos que faziam os computadores da época a queimarem com facilidade. Custou para a Control Data Center o aproximado em US$ 8 mi (no dólar da época) e contava com processadores 3 vezes mais rápidos que o IBM 7030 Stretch além de conter uma arquitetura impecável. Com 10 processadores periféricos em torno de uma memória principal e 12 canais de entrada e saída, o CDC 6600 com uma capacidade de efetuar um cálculo em 100 nano segundos

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superou os concorrentes e designou o termo Supercomputador para todo tipo de computador que é capaz de ter uma grande velocidade de cálculo em questão de segundos além de grande capacidade de armazenamento, sendo assim, por muitos o CDC 6600 é considerado o carro chefe dos Supercomputadores, e chegou a operar em até 1MegaFlop, batendo o recorde de flops computacionais da época.

Figura 4 - Control Data 6600 Fonte: It Archives Web O primeiro CDC 6600 foi entregue à um laboratório na Suíça, apesar de ter sido desenvolvido nos Estados Unidos, já o segundo, foi entregue em 1966 para a Lawrence Radiation Laboratory, anexo à Universidade da Califórnia. Durante o seu período de atividade, o CDC 6600 colaborou nas pesquisas científicas da época que inspirou Seymour à produzir supercomputadores ainda mais potentes. Além de todas estas características, os engenheiros do CDC 6600 criaram jogos para passatempo como Baseball, Lunar Lander e o famoso Space Wars. O supercomputador então saiu de linha em 1977 com a chegada de seus sucessores. O CDC 7600 foi o sucessor do Cray-I, foi um grande rival do IBM System/360 porém não obteve tanto sucesso em relação aos anteriores. Desenvolvido pela Cray Research em 1970, o CDC 7600 também continha um núcleo magnético e efetuava cálculos em até 10 Megaflops, pelo menos, na data de entrega, porém, uma modificação no sistema fez com que ele atingisse a marca dos 36 Megaflops. A arquitetura era composta de Circuitos Integrados e transistores, e tinha a forma de um Paralelepípedo de base quadrada. Na década de 70, Seymour Cray decidiu sair da Control Data Center e fundou a sua própria empresa, a Cray Reasearch, e entre os destaques está o Cray-I e o Cray Y-MP.

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Cray-I é o supercomputador mais conhecido na História, não só pelo fato de apresentar um microchip para aumentar o seu desempenho, o que impressionou muitas empresas da época, mas, pelo fato de conseguir atingir a faixa dos 160 Megaflops, ou seja, 160 milhões de operações de ponto flutuante por segundo e conter 8MB de Memória RAM.

Figura 5 - Cray I no Museu Germânico de Munique, Alemanha. Fonte: Wikipedia Common Cray-1 tinha uma arquitetura, digamos que, diferente, visualmente tinha o formato da letra “C’, que permitia que o comprimento fios e o tempo de viagem dos sinais de um lado para o outro, fossem um pouco mais reduzidos. O Cray-1 pesava aproximadamente 5 toneladas; para se ter uma noção do peso, ele chegou em duas vans refrigeradas e necessitou de 30 pessoas para ajudar à mover para a sala de Los Alamos National Laboratory, cujo foi o primeiro lugar a ser instalado e utilizado oficialmente. A década de 80 foi marcada pelo alcance dos Gigaflops, ou seja, na classe dos bilhões de cálculos por segundo com a chegada do Cray-2. Cray-2 continha 4 centrais de processamento, além de conseguir efetuar cálculos em até 1,9 Gigaflops! Foi o computador mais rápido do mundo entre 1985 à 1987. Foi inicialmente projetado para suprir as necessidades do departamento de Energia dos Estados Unidos, mas o sucesso foi tanto que o supercomputador chegou a ser usado pela Nasa em pesquisas astronômicas e espaciais. Para o desenvolvimento do Cray-2, Seymour destacou o aumento de velocidade com três avanços simultâneos: Mais unidades de processamento para operar em paralelismo,

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arquitetura menor e apertada para diminuir os atrasos de sinais e permitir uma velocidade de cálculo mais rápida. Os supercomputadores só chegaram na barreira dos Teraflops em 1997 com o ASCI Red da Intel! Um Supercomputador desenvolvido para auxiliar o governo dos Estados Unidos à fazer manutenção do arsenal nuclear, foi um dos primeiros supercomputadores à efetuar simulações nucleares. Entre 1997 à 2000 foi o Supercomputador mais rápido do mundo listado pela Top500.org, por obter uma performance de 1.3 teraflops e uma memória de 1212 gigabytes.

Figura 6 - ASCI Red da Intel Fonte: Sandia National Laboratory (US) Em 2002, foi a vez do NEC Earth Simulator assumir a posição do supercomputador mais rápido do mundo, desenvolvido pela Agência Nacional de Exploração Aeroespacial Japonesa (Japão) com o intuito de avaliar os efeitos do aquecimento global e os problemas sísmicos e geofísicos da Terra, o Earth Simulator tinha um total de 5.120 processadores e 10 terabytes de memória. Vale constar que, uma das linguagens que este supercomputador realizava era o Fortran, linguagem desenvolvida em 1950 e que é utilizada até os dias atuais.

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3. OS 5 SUPERCOMPUTADORES MAIS POTENTES DA ATUALIDADE

Divulgada duas vezes ao ano, a lista do Organização Top 500, que classifica os 500 supercomputadores mais potentes da atualidade atualizou em Junho de 2015 apontando que o Tianhe-2 continua na liderança pela 5° vez consecutiva, o que deixa os desenvolvedores concorrentes ansiosos para alcançar cada vez mais uma potência de cálculo maior e rápida!

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TIANHE-2 (CHINA)

Localizado no Centro Nacional de Tecnologia de Defesa da China em Guangzhou, China, o Supercomputador mais potente da atualidade atua na área da Segurança Nacional, Pesquisas Científicas além de efetuar estudos de genomas, cálculos complexos, simular explosões nucleares e até mesmo modelar sistemas de tempo.

Figura 7 - Tianhe-2 no Centro Nacional de Tecnologia de Defesa da China. Fonte: TecnoBlog Com um desempenho de aproximadamente 33,86 Petaflops por Segundo – Ou seja, 33 quatrilhões de cálculos de ponto flutuante por segundo – o Tianhe-2 superou o Sequoia da IBM em 2013 com uma velocidade 2 vezes mais superior, de acordo com a lista do Top 500. O Tianhe-2, ou via-láctea 2 (do Chinês para o Português) é o segundo supercomputador da China a estar presente no topo da lista do Top 500, o primeiro foi o seu antecessor, o Tianhe 1A, que possuía um desempenho de 2,5 PetaFlops; vale lembrar que é a 5° vez consecutiva desde 2013 que o Tianhe-2 está no topo da lista, além disto, este Supercomputador possui cerca

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de 48 mil processadores Intel Xeon IvyBridge/Xeon Phi, um dos processadores mais potentes da Intel; seu sistema operacional é o Kylin Linux. Segundo o próprio site oficial do governo estadunidense, após o lançamento da lista Top500.org de Junho/2015, o presidente dos Estados Unidos, Barack Obama, ordenou que fosse criado um Supercomputador para a segurança nacional que atingisse a margem de 1 Exaflop até 2025, The White House, será uma possibilidade de fazer os Estados Unidos avançar e ampliar os seus estudos científicos com Computadores de Alta Performance (HPC). Uma outra curiosidade que também vem do governo estadunidense, é que o governo Norte-Americano barrou a exportação de processadores Xeon Phi da Intel para a atualização do Tianhe-2 com receio de que o mesmo esteja sendo utilizado para fins nucleares, vale lembra que atualmente o Tianhe-2 possui 80.000 Processadores Xeon Phi, um dos mais atualizados e de melhor performance da Intel. Caso não fosse barrado, o supercomputador Tianhe-2 receberia uma atualização da qual a sua velocidade de processamento passaria de 33 Petaflops para até 110 Petaflops. A Intel então perdeu uma boa oportunidade de venda, porém, em negociação com os Estados Unidos, a Intel auxiliará no desenvolvimento do Supercomputador Aurora, que ficara no Laboratório Nacional de Argone (EUA) da qual almejam que atinja até 180 Petaflops!

3.2

CRAY TITAN (ESTADOS UNIDOS)

Com um custo de desenvolvimento aproximado em US$ 97 milhões, o Cray Titan atua no Departamento Nacional de Energia dos Estados Unidos desde Outubro de 2012 com um desempenho mínimo de 17.59 Petaflops.

Figura 8 – Cray Titan Fonte: olcf.ornl.gov

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Os planos de construção do Titan surgiu em 2005 após o término da construção do Supercomputador Jaguar, e envolvia principalmente desenvolver um supercomputador que conseguisse atingir a margem dos 20 Petaflops, e conseguiram; porém, atualmente os planos da Cray é superar o Tianhe-2, o atual topo da lista. Abrigando 404 m², e desfrutando de 200 armários interligados, o Titan possui também uma tecnologia de fibra de carbono de armazenamento volante de energia para em casos de falha de energia, que consegue manter a infraestrutura da rede e armazenamento em execução por apenas 16 Segundos, porém, por incrível que pareça, este é um dos melhores tempos para casos emergenciais de falha de energia no mundo dos Supercomputadores, apesar de ser pouco.

3.3

IBM SEQUOIA (ESTADOS UNIDOS)

Figura 9 – IBM SEQUOIA (Fonte da imagem: Lawrence Livermore National Laboratory) IBM Sequoia é um supercomputador construído pela IBM para Administração Nacional de Segurança Nuclear dos Estados Unidos, no Laboratório de Lawrence Livemore, Califórnia, Estados Unidos. O projeto do IBM Sequoia teve desenvolvimento finalizado e com um desempenho de 17,17 Petaflops em Junho de 2012, por pouco não atingiu o segundo lugar da atual lista do Top 500 supercomputadores, mas em compensação, o IBM Sequoia foi o supercomputador mais rápido do mundo segundo a organização entre Junho à Novembro de 2012 segundo a lista Top 500.

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Além de tudo, este Supercomputador conta com mais de 1.572.864 núcleos de processamento e 1,57 Petabyte de Memória RAM. O Sequoia é baseado na arquitetura Blue Gene, cujo é um projeto de arquitetura de supercomputadores criado pela IBM projetado para produzir diversos supercomputadores.

3.4

K COMPUTER (JAPÃO)

Como parte da iniciativa de infraestrutura de supercomputadores liderado pelo Ministério de Educação, Cultura, Esportes, Ciência e Tecnologia Japonês (MEXT), o K Computer foi criado com o objetivo de ultrapassar a barreira dos 10 Petaflops além de auxiliar na resolução de problemas de energia, sustentabilidade, saúde, alterações climáticas, desafios industriais e outros problemas sociais. Localizado no Instituto Avançado da Ciência da Computação (RIKEN) do Japão, o K Computer tem uma performance de 10.51 Petaflops segundo a Top500. Foi desenvolvido também com o intuito de ser o mais rápido do mundo e tal objetivo foi conquistado entre Junho 2011 à Junho de 2012.

Figura 10 - K Computer Fonte: Fujitsu O seu nome “K” deriva da palavra japonesa que significa 10 quatrilhões (京). Para demonstrar o quão rápido era, a Fujitsu, empresa desenvolvedora do K Computer apresentou um exemplo, o exemplo em questão afirma que o K Computer é tão rápido que consegue efetuar por 1 segundo o que 7 bilhões de pessoas juntas conseguiriam em 17 dias, no mínimo; como demonstra o infográfico à seguir.

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Figura 11 - O quão rápido é o K Computer? Fonte: Fujitsu A arquitetura do K Computer é curiosa, o supercomputador possuí 640 mil núcleos, além de 864 gabinetes e mais de 88 mil chips processadores desenvolvido pela própria Fujitsu, o SPAR64 Vlllfx, além de um sistema de arrefecimento de água que minimiza a taxa de consumo de energia e a taxa de insucesso.

3.5

IBM MIRA

Figura 12 - IBM MIRA Fonte: Argone National Laboratory (USA) O IBM Mira é o quinto supercomputador com maior velocidade de processamento segundo o Top500.org; Localizado no Laboratório Nacional de Argone, este supercomputador

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possui mais de 78 mil processadores além de uma velocidade de cálculo que pode chegar até 10,06 Petaflops no pico teórico além de uma memória de 768 Terabytes. Foi desenvolvido com o propósito de auxiliar nos estudos de Sismologia, Cosmologia, Astrologia, Química, Física, Biologia, Meteorologia, Engenharia de Reator Nuclear e entres outros problemas científicos. Inclusive o IBM Mira já está trabalhando desde 2012 para auxiliar os cientistas a entender como funciona o universo. Uma curiosidade é que o Mira foi criado primordialmente para ser concorrente do Tianhe-1A, antecessor do Tianhe-2 para manter os Estados Unidos na frente das pesquisas científicas através do Mecanismo de Argonne Leadership Computing, que encomendou o supercomputador; foi estabelecido pela Lei América compete, assinada pelo presidente Bush em 2007, e presidente Obama em 2011.

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4. CARACTERÍSTICAS E APLICAÇÕES Podemos definir que um supercomputador é um computador que possui uma grande capacidade de armazenamento além de altíssima velocidade de processamento. Necessitam de locais apropriados além de sistemas de refrigerações especiais, e estão presentes no nosso diaa-dia sem ao menos nos dar conta. Tem grande importância na área de pesquisa científica como na Astrofísica, Meteorologia, Biomedicina, Sistemas de Segurança e Centros de Dados por exemplo. O termo Supercomputador surgiu em 1929 pelo New York Times para se referir aos tabuladores fabricados pela IBM, porém, o termo só foi aderido à Computadores de Alta Performance na década de 60 com o CDC 6600. Atualmente, para ser considerado um supercomputador, a máquina deve realizar grandes operações matemáticas em questões de segundos, é o chamado Operações de Pontos Flutuantes por Segundo, ou FLOPS, do Inglês, Floating Points Operations per Seconds. FLOPS, é a unidade de medida usada para identificar quantas operações matemáticas um supercomputador, computador, máquina ou até mesmo uma calculadora, faz por segundo. Essa escala de medida foi criada para ser representada em forma de notação científica, afim de evitar uma grande quantidade de números para representar a quantidade de operações matemáticas que uma máquina faz por segundo; e ela contém alguns múltiplos que representam tamanha grandeza. DESEMPENHO DO COMPUTADOR Nome

Flops

Megaflop

106

1 milhão de Flops

Gigaflop

109

1 bilhão de Flops

Teraflop

1012

1 trilhão de Flops

Petaflop

1015

1 quadrilhão de Flops

Exaflop

1018

1 quintilhão de Flops

Zettaflop

1021

1 sextilhão de Flops

Yottaflop

1024

1 octilhão de Flops

Fonte: Tecmundo. Um supercomputador atual é capaz de armazenar no mínimo 1 Petabyte, e de processar em até 1 Terabyte, como é o caso do Tianhe-2, cujo é o supercomputador mais potente da atualidade. Outra medida utilizada no ramo da computação é o Bits e o Bytes. Bits

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é a menor unidade de dados contido em um programa, é um dado algoritmo estabelecido para controlar o PC e efetuar interpretações de informações passadas a ele, e Bytes é o conjunto de Bits que o PC pode efetuar leitura de dois em dois, sendo assim, 8 Bits representa 1 Byte. Uma outra grande característica e não tão menos importante dos Supercomputadores é a grande velocidade e capacidade de trabalhar em processamento paralelo, ou bits parelelos. O grande segredo dos supercomputadores é a força bruta. Além de muita memória, eles possuem inúmeros processadores. Para se ter noção da quantidade de processadores que um supercomputador possui, um computador caseiro comum possui em média 4 processadores, enquanto os 500 mais poderosos por exemplo, tem milhares de processadores. No geral, um supercomputador é usado para uma variedade de problemas que são complexos e difíceis de resolver rapidamente. Estes incluem a necessidade de conservar os recursos, proteger o meio ambiente e desenvolver novas terapias médicas. Supercomputadores executam cálculos em uma velocidade altíssima, e a um processamento capaz de entender milhões de informações. Isto permite-lhes recriar ou um modelo de uma ampla variedade de fenómenos dentro do computador, tais como a estrutura interna não observável da Terra, desastres de grande escala que não podem ser reproduzidas e os efeitos de produtos farmacêuticos no corpo humano que não está claramente compreendido. Esses modelos dão aos cientistas uma visão única para estes eventos e fenômenos. Este processo é chamado de simulação em computador, e tornou-se o terceiro pilar da ciência, flanqueando teoria e experimentos. Supercomputadores tornaram-se uma ferramenta essencial em todos os campos de pesquisa e desenvolvimento, suportando tudo, desde a investigação fundamental até a fabricação. Além de aplicações científicas, um supercomputador pode ser voltado para qualquer tipo de área, como efetuar simulações de ponta usando o poder da supercomputação são amplamente utilizados em uma variedade de campos além da pesquisa. As aplicações comuns incluem os preços das ações de previsão em transações financeiras, a criação de animações em computação gráfica, desenvolvimento de vestimentas para natação com menor resistência para a natação competitiva, o desenvolvimento de máquinas de lavar roupa que removem a sujeira usando menos água e concepção de equipamentos para a fabricação de chips por exemplo. Supercomputadores são utilizados para armazenar os arquivos da sociedade, principalmente agora com a novidade do armazenamento na Nuvem, que mantém seus arquivos processados e armazenados em um Datacenter (Central de Dados, uma espécie de abrigo dos

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supercomputadores). O armazenamento de dados é feito em serviços que poderão ser acessados de qualquer lugar do mundo, a qualquer hora, não havendo necessidade de instalação de programas ou de armazenar dados. O acesso a programas, serviços e arquivos é remoto, através da Internet, o que facilita em caso de perda de dados em seu computador por exemplo, se você colocou seus arquivos na nuvem, provando quem você é, você terá novamente o acesso aos seus arquivos sem nenhuma interferência de programas à ser instalados, e na maioria das vezes dependendo do servidor de armazenamento, gratuitamente, como é o caso do SkyDrive (da Microsoft) e do OneDrive (da Google). Este é apenas um dos exemplos que demonstram que os Supercomputadores estão presentes em nosso dia-a-dia, um outro pode ser realizado com uma simples mensagem que você envia de seu Smartphone, este envia dados para a sua operadora de internet, que envia dados para o datacenter responsável pelo aplicativo, que retorna à operadora e assim sucessivamente ao seu Smartphone, tudo isto em questão de milésimos, dependendo de sua velocidade de Internet, claro.

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5. OS SUPERCOMPUTADORES NO BRASIL

O Brasil ainda é um mercado em ascensão no ramo da supercomputação. O primeiro computador à chegar no Brasil foi o UNIVAC em 1961, que como vimos historicamente, foi um dos computadores de alta performance mais famosos da época, e foi entregue ao Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística para efetuar o senso da época. Hoje, a situação está diferente, o mais potente supercomputador brasileiro foi desenvolvido com a ajuda de estudantes da UFRJ (Universidade Estadual do Rio de Janeiro) e diversos Engenheiros da Computação locais. Em geral, o Brasil utiliza os supercomputador no ramo de pesquisas Astronômicas e Meteorológicas. Abaixo, será demonstrado os 3 supercomputadores mais potentes do Brasil e suas respectivas áreas de pesquisas.

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SANTUS DUMONT (RIO DE JANEIRO)

Localizado no Laboratório Nacional de Computação Científica do Brasil, no Rio de Janeiro, o supercomputador intitulado “Santus Dumont” possui uma performance capaz de efetuar aprox.. 1,1 quatrilhões de operações matemáticas por segundo. Nele foram investidos cerca de R$ 60 milhões foram investidos pelo Fundo Nacional de Desenvolvimento Científico para a criação do sistema, que é atualmente o mais poderoso da América Latina.

Figura 13 - Supercomputador Santus Dumont está contido nos Containers em Petrópolis – RJ Fonte: Data Center Dynamics Uma curiosidade é que este supercomputador está contido em 2 containers externos na Região Serrana do Rio de Janeiro, como pode ser visto na foto acima.

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5.2

CIMATEC YEMOJA (BAHIA)

A Indústria de Petróleo e Gás Brasileira ganhou um reforço em Maio de 2015 com a inauguração do Cimatec Yemoja, que tem como objetivo ajudar na produção de energia alternativa, modelagem de carro, previsão do tempo, dados do mercado de ações, efeito de medicações no corpo, entre outras demandas. Com uma memória de 132,000 GB, processador Xeon Phi (o mesmo utilizado pelo Tianhe-2) e com uma performance de 412 Teraflops, o Yemoja ocupa a 165° posição na lista do Top500.org.

Figura 14 - SENAI Cimatec Yemoja Foto: Globo.com Localizado no SENAI Cimatec em Salvador, Bahia; Yemoja tem nome regional que vem de Yemanjá na língua ioruba. Para o futuro, o SENAI promete um supercomputador ainda mais rápido e voltado tanto para a área Industrial, Científica quanto para a Educação.

5.3

SISTEMA COMPUTACIONAL EULER – CeMEAI (SÃO PAULO)

Batizado em homenagem ao matemático e físico suíço Leonhard Euler, o sistema computacional é composto por 104 computadores ligados em rede de alta velocidade, que são dotados de dois processadores com 20 núcleos de processamento cada computador. Adquirido por R$ 4,5 Milhões, este supercomputador possui a performance mais rápida instalados na Universidade de São Paulo. Desenvolvido para a educação, simulação de refino e combustão de petróleo, aerodinâmica e pesquisas astrofísicas, como na do lançamento do

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foguete suborbital brasileiro SARA, previsto para ser lançado neste ano, o Sistema Computacional Euler impressiona é um grande avanço para a comunidade acadêmica da USP.

Figura 15 - Arquitetura do CeMEAI Fonte: Agência FAPESP Alem disto, este Supercomputador receberá uma atualização em breve à fim de aumentar o número de processadores, o que poderá fazer com que ele entre na lista do Top500.org.

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6.

CONCLUSÃO

Concluímos então que os Supercomputadores atualmente tem uma abrangência voltada geralmente para a pesquisa científica, e a medida que os anos passam, a concorrência dos países em desenvolver supercomputadores mais poderosos e com capazes de efetuar descobertas mais precisas só cresce, como no exemplo dos Estados Unidos, que após proibir a Intel de exportar os processadores para a atualização do Tianhe-2 com receio de que o mesmo esteja sendo utilizado para pesquisas militares, fez com que os Estados Unidos criasse uma lei de regulação de exportação destes objetos, e também com que a China se desenvolvesse melhor no mercado dos processadores. Através da História, os Supercomputadores diferente dos Microcomputadores não teve a intensão de ficar menor e comprimido, na realidade quanto maior for o supercomputador, menor forem seus processadores e maior seja a quantidade destes processadores, melhor, mais rápido, mais potente, e mais eficiente! Apesar de ser um pouco tardio, apenas após a Ditadura Militar é que o Brasil iniciou seus estudos com a supercomputação, e ainda hoje está evoluindo aos poucos, e o que percebemos é que só neste ano foram lançados 3 supercomputadores potentes no Brasil, e em Setembro será lançado um novo que poderá substituir talvez a colocação do mais potente da América Latina, basta agora aguardarmos a sua inauguração e sua entrada na lista do Top500.org. Supercomputadores são peças chaves e fundamentais para a sociedade atualmente, pois, conectamos com eles todos os dias, e eles tem que estar sempre prontos para nos atender 24 horas por dia, pois, vivemos em um mundo globalizado onde as comunicações vão além dos limites previstos no século anterior e a ao passar dos anos, novas descobertas são feitas, novas barreiras de velocidades são quebradas e novas concorrências surgem! Apesar de ter uma grande abrangência na área científica, não podemos nos esquecer, claro, que os supercomputadores tem também grande importância na área acadêmica, nos cursos de Astronomia, Biomedicina, Farmácia por exemplo, eles dão cálculos e valores precisos para a elaboração de fórmulas e medicamentos que facilitam e nos auxiliam em nosso dia-adia, atualmente, um supercomputador é capaz de até produzir uma notícia com base no que acontece no mundo real.

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