Os 10 principais supercomputadores

Se alguém disser " supercomputador ", sua mente pode pular para o Deep Blue e você não estará sozinho. O mago de xadrez de silício da IBM derrotou o grande mestre Gary Kasparov em 1997, consolidando-o como um dos computadores mais famosos de todos os tempos (alguma controvérsia em torno da vitória também ajudou). Durante anos, o Deep Blue foi o rosto público dos supercomputadores, mas dificilmente é o único pensador artificial todo-poderoso do planeta. Na verdade, a IBM desmantelou o Deep Blue logo após a vitória histórica! Mais recentemente, a IBM fez história na supercomputação com o Watson, que derrotou o "Jeopardy!" campeões Ken Jennings e Brad Rutter em uma partida especial.

Por mais brilhantes que fossem, nem Deep Blue nem Watson seriam capazes de igualar o poder computacional dos sistemas na lista TOP500 de novembro de 2013. O TOP500 se autodenomina uma lista dos "500 sistemas de computador comercialmente disponíveis mais poderosos conhecidos por nós". Os supercomputadores nesta lista são um retrocesso aos primeiros computadores da década de 1950 - que ocupavam salas inteiras - exceto que os computadores modernos estão usando racks e mais racks de hardware de ponta para produzir petaflops de poder de processamento .

Seu computador doméstico provavelmente roda em quatro núcleos de processador. A maioria dos supercomputadores de hoje usa centenas de milhares de núcleos, e a primeira entrada tem mais de 3 milhões.

O TOP500 atualmente conta com o benchmark Linpack, que alimenta um computador com uma série de equações lineares para medir seu desempenho de processamento, embora um método de teste alternativo esteja em andamento. A lista de novembro de 2013 mostra o Tianhe-2 da China no topo do mundo. A cada seis meses, o TOP500 lança uma lista e alguns novos computadores sobem para o ranking dos mais rápidos do mundo. Aqui estão os campeões do início de 2014. Continue lendo para ver como eles estão colocando sua força eletrônica para funcionar.

1. SuperMUC (Alemanha)
2. Vulcano (Estados Unidos)
3. JuQUEEN (Alemanha)
4. Stampede (Estados Unidos)
5. Piz Daint (Suíça)
6. Mira (Estados Unidos)
7. K computador (Japão)
8. Sequoia (Estados Unidos)
9. Titã (Estados Unidos)
10. Tianhe-2 (China)

O SuperMUC funciona a 2,9 petaflops, graças a cerca de 150.000 núcleos de processamento. Apesar desse incrível poder de processamento, ele foi empurrado do 4º lugar na lista de junho de 2012 para o 10º lugar. É um dos vários sistemas IBM a fazer parte da lista, mas o SuperMUC é único de duas maneiras diferentes. Localizado no Centro de Supercomputação Leibniz da Alemanha, o SuperMUC usa um novo sistema de resfriamento de água quente para evitar que o cérebro do computador frite enquanto ele executa bilhões e bilhões de operações.

A eficiência é o que realmente diferencia o SuperMUC: a IBM diz que é 40% mais eficiente em termos de energia do que um sistema refrigerado a ar. Eles afirmam que a água remove o calor 4.000 vezes mais eficientemente do que o ar. Graças ao seu hardware de ponta, o SuperMUC é o segundo supercomputador mais rápido da Alemanha. Na verdade, é o terceiro supercomputador mais rápido da Europa e quase duas vezes mais rápido que o número 10 do ano anterior.

Vulcan é o primeiro de quatro computadores entre os 10 melhores executados na poderosa plataforma BlueGene/Q da IBM com processadores Power BQC de 16 núcleos e 1,6 GHz. Superando a entrada anterior por mais de um petaflop, esta potência funciona a 4,3 petaflops com seus quase 400.000 núcleos.

Este supercomputador é um dos dois no top 10 operando na Administração Nacional de Segurança Nuclear do Departamento de Energia dos EUA (NNSA) no Laboratório Nacional de Livermore (LLNL) na Califórnia . Em meados de 2013, o laboratório abriu o tempo do computador no Vulcan para empresas dos EUA para trabalho colaborativo em projetos que aumentarão o avanço científico e tecnológico, melhorarão a competitividade dos EUA e aprimorarão a força de trabalho de computação de alto desempenho (HPC), tudo em troca de uma participação dos custos operacionais. Vulcan também se destina à colaboração com instituições acadêmicas e de pesquisa em áreas como energia, segurança, ciências atmosféricas e biociências.

O JuQUEEN também roda na plataforma IBM BlueGene/Q, com desempenho máximo de 5 petaflops em cerca de 459.000 núcleos. Embora muitos computadores na lista existam nos últimos dois anos, o JuQUEEN foi construído em 2012 como substituto de outro sistema, JUGENE, que foi o nono sistema mais rápido no TOP500 de novembro de 2010.

Pesquisadores da Aliança de Pesquisa Jülich-Aachen podem apresentar propostas de projetos para justificar o uso de alguns dos núcleos do JuQUEEN e, se aprovados, podem passar algum tempo com um dos supercomputadores mais poderosos do mundo. Tempo sobre este e outros dois poderosos supercomputadores alemães, SuperMUC e HERMIT (39º na lista TOP500), podem ser solicitados através do Gauss Centre for Supercomputing (GCS) e da Partnership for Advance Computing in Europe (PRACE).

Stampede chegou ao 7º lugar em novembro de 2012, subiu para o 6º em junho de 2013 e depois retomou seu antigo lugar na lista mais recente. O financiamento para o sistema veio de um prêmio da National Science Foundation (NSF), e Stampede está sediado no Texas Advanced Computing Center (TACC) na Universidade do Texas em Austin. Este sistema Dell PowerEdge executa processadores Intel Xeon E5 de 8 núcleos de 2,7 GHz em conjunto com os coprocessadores Intel Xeon Phi. Seus cerca de 462.000 núcleos permitem atingir quase 5,2 petaflops em desempenho.

Desde janeiro de 2013, Stampede está aberto para uso por cientistas e outros pesquisadores em todos os campos como parte do programa Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE) da NSF, um sistema virtual para compartilhar abertamente o poder de computação de 16 supercomputadores e recursos relacionados. Noventa por cento do sistema é dedicado ao XSEDE e o restante fica a critério do diretor do TACC. Pesquisadores qualificados em qualquer instituição dos EUA podem enviar propostas através do site da XSEDE.

Embora o Piz Daint esteja em operação desde abril de 2013, este sistema Cray mais tarde passou por uma grande atualização que o impulsionou para a posição nº 6 e destronou o JuQUEEN como o supercomputador mais poderoso da Europa.

O Piz Daint executa processadores Intel Xeon E5 junto com unidades de processamento gráfico (GPUs) NVIDIA para maior desempenho, permitindo atingir 6,3 petaflops com seus 116.000 núcleos de processamento. Ele reside no Centro Nacional Suíço de Supercomputação (CSCS) e será usado para modelar padrões climáticos e meteorológicos e realizar computação científica em uma variedade de outros campos .

O Piz Daint também é um dos supercomputadores com maior eficiência energética da lista, com um nível de eficiência de 3.185,9 megaflops por watt (MFLOPS/W) [fontes: Green500 , Smith ]. É o único supercomputador a entrar no top 10 nas listas TOP500 e GREEN500. O GREEN500 pega todos os supercomputadores da lista TOP500 e os classifica por eficiência energética. A arquitetura híbrida do Piz Daint, que usa CPUs tradicionais (unidades de processamento central) e GPUs mais eficientes em termos de energia, ajuda a manter baixo o consumo de energia.

O Mira da IBM, que se tornou totalmente operacional em 2013, atinge um pico de desempenho de 8,6 petaflops. Isso é mais de 2 petaflops sobre o Piz Daint, e quase 3,5 petaflops a mais que Stampede.

Mira é executado em 786.000 núcleos de processador. Está localizado no Laboratório Nacional de Argonne, um laboratório de pesquisa do Departamento de Energia dos EUA . Ele usa a plataforma BlueGene/Q da IBM e substitui um sistema IBM mais antigo, o Intrepid, que ficou em quarto lugar na lista em 2008.

Os pesquisadores que enviam propostas para o programa Impacto Computacional Inovador e Novo na Teoria e Experimentos (INCITE) por meio do Escritório de Ciências do Departamento de Energia dos EUA podem reivindicar o tempo de processamento do Mira. Sessenta por cento da capacidade do computador vai para sua pesquisa, enquanto 30 por cento vai para o Advanced Science Computing Research Leadership Computing Challenge. Os 10% finais são reservados para cálculos urgentes e urgentes [fonte: Information Week ].

O computador K da Fujitsu, o único supercomputador no Japão que chegou ao top 10, reinou como o supercomputador mais rápido do mundo em ambas as listas de 2011, mas desde então foi reduzido para o número 4. Ainda assim, ele quebra a barreira de um dígito e torna um salto notável na velocidade sobre Mira da IBM com um desempenho de 10,5 petaflops.

O computador K está localizado no RIKEN Advanced Institute for Computational Science do Japão, onde realiza operações científicas, incluindo prevenção de desastres globais , meteorologia e pesquisa médica [fonte: Fujitsu ]. Ao contrário de muitos outros supercomputadores da lista, ele não é executado na arquitetura IBM. O computador K usa os processadores octo-core SPARC64 VIIIfx da Fujitsu. Seus 705.000 núcleos de computador o ajudam a realizar as operações em um ritmo incrível.

Mas acredite ou não, os três últimos supercomputadores mais rápidos são muito mais poderosos que o computador K.

O Sequoia foi o supercomputador mais bem classificado na lista TOP500 de junho de 2012, mas caiu para o segundo lugar em novembro de 2012 e agora ocupa o terceiro lugar. Ainda não está desleixado, graças a cerca de 1,6 milhão de núcleos de processamento que podem produzir incríveis 17,2 petaflops de desempenho. Quer saber o quão incrível isso é?

Bem, se olharmos para trás, menos de uma década atrás, para 2008, o Roadrunner da IBM fez história (e conquistou o primeiro lugar) por quebrar 1 petaflop, ou seja, realizar 1.000 trilhões de operações por segundo [fonte: IBM ]. A IBM disse que o Roadrunner era equivalente a 100.000 laptops de 2008 em desempenho. E o Sequoia é 17 vezes mais rápido! O Sequoia é um dos quatro computadores na lista de novembro de 2013 rodando no projeto BlueGene/Q IBM, um chip de 1,6 GHz de 16 núcleos. Essa não é uma velocidade de clock especialmente rápida para os padrões atuais, mas com 96 racks de chips, o desempenho realmente aumenta.

O que a Sequoia está fazendo com toda essa velocidade, afinal? O Sequoia é 63% mais rápido que o quarto computador mais rápido da lista, e a IBM está colocando o Sequoia para funcionar, é claro. Como Vulcan, ele opera na Administração Nacional de Segurança Nuclear do Departamento de Energia dos EUA no Laboratório Nacional de Livermore. O computador está fazendo um trabalho importante (e confidencial): Uma de suas responsabilidades é simular explosões nucleares .

Um dos dois sistemas Cray da lista, o Titan faz jus ao seu nome, utilizando processadores Opteron 6274 de 16 núcleos e 2,2 GHz, juntamente com GPUs NVIDIA, para um desempenho incrível de 17,6 petaflops em cerca de 561.000 núcleos. Ele está localizado no Oak Ridge National Laboratory (ORNL) administrado pelo Oak Ridge Leadership Computing Facility (OLCF). O Titan conquistou o primeiro lugar no Top500 no mês seguinte à sua implantação no final de 2012, mas caiu para o segundo lugar no ranking de junho de 2013, onde permanece.

Titan é tecnicamente uma grande atualização para o supercomputador anterior do ORNL, Jaguar. Devido à sua nova arquitetura híbrida , o Titan se encaixa nos mesmos gabinetes que a Jaguar, alcançando nove vezes a velocidade da Jaguar com apenas cerca de 60% de aumento no consumo de energia.

Titan é um dos dois supercomputadores no top 10 que incorpora GPUs NVIDIA para aumentar o desempenho, mantendo o consumo de energia menor do que seria para um sistema de CPU igualmente poderoso. Utilizar as GPUs para executar aplicativos na velocidade que o sistema é capaz requer uma nova abordagem para programar seu software, no entanto. Para resolver isso, o OLCF fez uma parceria com a Cray e a NVIDIA para criar o Center for Accelerated Application Readiness (CAAR), que está trabalhando duro para apresentar as melhores práticas para o desenvolvimento de código.

Assim como no Mira, os pesquisadores podem enviar propostas por meio do programa INCITE do Departamento de Energia dos EUA para ganhar tempo nesse cavalo de batalha.

O Tianhe-2 (que significa Via Láctea-2) entrou em cena em 2012, mais de dois anos antes do previsto, e saltou para o primeiro lugar. Ele processa a impressionantes 33,9 petaflops, quase o dobro do desempenho do Titan ou Sequoia, e mais de 10 vezes o desempenho do Tianhe-1A, que ocupou o 10º lugar em junho de 2013.

O sistema é executado em uma combinação de processadores Intel Xeon E5, processadores personalizados e coprocessadores Intel Xeon Phi: aproximadamente 3.120.000 núcleos no total.

Desenvolvido pela Universidade Nacional de Tecnologia de Defesa da China (NUDT) e localizado no Centro Nacional de Supercomputadores em Guangzhou, o sistema será usado para educação e pesquisa. Atualmente, é a única entrada no top 10 da China, mas o Tianhe-2 dá a eles o direito de se gabar pelo poder de processamento em uma única máquina.

O Tianhe-2 roda em uma versão customizada do sistema operacional Ubuntu Linux chamado Kylin, que foi desenvolvido através de uma parceria entre o NUDT, o China Software and Integrated Circuit Promotions Center (CSIP) e a Canonical (criadores do Ubuntu). Na verdade, todos os 10 principais supercomputadores e a maioria dos 500 principais executam algum tipo de Linux .

Kylin não é apenas para supercomputadores. É um sistema operacional de código aberto disponível gratuitamente, adaptado especificamente para usuários chineses, e pode ser baixado do site do Ubuntu para uso em computadores pessoais.

Nota do autor: os 10 principais supercomputadores

A lista de supercomputadores de 2012 foi absolutamente incrível. Esses computadores sempre foram super comparados aos PCs que temos em casa, mas olhando para as listas dos últimos anos, percebi o quanto a tecnologia melhorou em tão pouco tempo. Tão recentemente quanto 2008, um supercomputador capaz de 1 petaflop de desempenho era um grande negócio. Hoje, o supercomputador mais rápido da IBM pode funcionar a 16 petaflops! Não consigo nem imaginar do que essas coisas serão capazes em cinco anos. -WF

Atualizei este artigo com os principais supercomputadores de 2013 e que diferença um ano faz! Das listas de novembro de 2012 a novembro de 2013, o poder de processamento dos computadores em primeiro e décimo lugar quase dobrou. Esperamos que essa capacidade de computação cada vez maior se traduza em avanços científicos cada vez mais rápidos, como fazer robôs domésticos úteis e órgãos em crescimento que precisam ser substituídos e similares. Os desenvolvedores de supercomputadores já estão de olho no futuro do processamento de exabytes e, nesse ritmo, isso pode demorar apenas alguns anos. - BJ

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