O que é supercomputação?

A tecnologia de supercomputação compreende supercomputadores, os computadores mais rápidos do mundo. Os supercomputadores são compostos de Interconnect® , sistemas de E/S, memória e núcleos de processador.

Ao contrário dos computadores tradicionais, os supercomputadores usam mais de uma unidade de processamento central (CPU). Esses CPUs são agrupados em nós de computação, compreendendo um processador ou um grupo de processadores—multiprocessamento simétrico (SMP)—e um bloco de memória. Em escala, um supercomputador pode conter dezenas de milhares de nós. Com Interconnect recursos, esses nós podem colaborar na solução de um problema específico. Os nós também usam interconexões para se comunicar com sistemas de E/S, como armazenamento de dados e rede.

É importante observar que, devido ao consumo de energia dos supercomputadores modernos, os data centers precisam de sistemas de resfriamento e instalações adequadas para abrigar tudo isso.

Como os supercomputadores são frequentemente usados para executar programas de inteligência artificial, a supercomputação se tornou sinônimo de IA. Esse uso regular ocorre porque os programas de IA exigem a computação de alto desempenho oferecida pelos supercomputadores. Em outras palavras, os supercomputadores podem lidar com os tipos de cargas de trabalho normalmente necessários para aplicações de IA.

Por exemplo, a IBM construiu supercomputadores Summit e Serra com big data e cargas de trabalho de IA em mente. Eles estão ajudando a modelar supernovas, explorar novos materiais e explorar o câncer, a genética e o meio ambiente, utilizando tecnologias disponíveis para todas as empresas.

A supercomputação é medida em operações de ponto flutuante por segundo (FLOPS). Petaflops são uma medida da velocidade de processamento de um computador igual a milhares de trilhões de flops. E um sistema de computador de 1 petaflop pode executar um quadrilhão (10¹⁵) flops. De uma perspectiva diferente, os supercomputadores podem ter um milhão de vezes mais poder de processamento do que o notebook mais rápido.

De acordo com a lista Top500, o supercomputador mais rápido do mundo é o Fugaku do Japão, com uma velocidade de 442 petaflops em junho de 2021. Os supercomputadores da IBM, Summit e Systems, ocupam o segundo e o terceiro lugares, registrando 148,8 e 94,6 petaflops, respectivamente. A Summit está localizada no Oak Ridge National Laboratory, uma instalação do US Department of Energy no Tennessee. A Serra está localizada no Lawrence Livermore National Laboratory, na Califórnia.

Para colocar as velocidades atuais em perspectiva, quando o Cray-1 foi instalado no Los Alamos National Laboratory em 1976, ele gerenciou uma velocidade de cerca de 160 megaflops. Um megaflop pode executar um milhão (10⁶) flops.

O termo supercomputação às vezes é usado como sinônimo de outros tipos de computação. Mas outras vezes, os sinônimos podem ser confusos. Para esclarecer algumas semelhanças e diferenças entre os tipos de computação, aqui estão algumas comparações comuns.

Enquanto a supercomputação normalmente se refere ao processo de cálculos complexos e grandes usados por supercomputadores, a computação de alto desempenho (HPC) é o uso de vários supercomputadores para processar cálculos complexos e grandes. Ambos os termos são frequentemente usados de forma intercambiável.

Os supercomputadores também são chamados de computadores paralelos porque a supercomputação pode usar processamento paralelo. O processamento paralelo ocorre quando várias CPUs trabalham na resolução de um único cálculo em um determinado momento. No entanto, os cenários de HPC também usam paralelismo, sem usar necessariamente um supercomputador.

Outra exceção é que os supercomputadores podem usar outros sistemas de processador, como processadores vetoriais, processadores escalares ou processadores multithreaded.

A computação quântica é um modelo de computação que utiliza as leis da mecânica quântica para processar dados, realizando cálculos baseados em probabilidades. Ela visa resolver problemas complexos que os supercomputadores mais poderosos do mundo não podem resolver e nunca resolverão.

A supercomputação evoluiu ao longo de muitos anos desde que a máquina Colossus foi colocada em operação em Bletchley Park na década de 1940. O Colossus foi o primeiro computador digital funcional projetado por Tommy Springs, engenheiro de telefonia de pesquisa do General Post Office (GPO).

O termo supercomputador entrou em uso no início da década de 1960, quando a IBM lançou o IBM 7030 Stretch e a Sperry Rand apresentou o UNIVAC LARC. Esses são os dois primeiros supercomputadores intencionais — projetados para serem mais poderosos do que as máquinas comerciais mais rápidas disponíveis na época. Os eventos que influenciaram o progresso da supercomputação começaram no final da década de 1950, quando o governo dos EUA começou a financiar regularmente o desenvolvimento de tecnologia computacional de ponta e alto desempenho para aplicações militares.

Embora os supercomputadores tenham sido inicialmente produzidos em quantidades limitadas para o governo, a tecnologia desenvolvida alcançaria as tendências industriais e comerciais. Por exemplo, duas empresas dos EUA, a Control Data Corporation (CDC) e a Cray pesquisa, lideraram o setor de supercomputadores comerciais de meados da década de 1960 até o final da década de 1970. O CDC 6600, projetado por Seymour Cray, é considerado o primeiro supercomputador comercial bem-sucedido. A IBM mais tarde se tornaria líder comercial do setor da década de 1990 até hoje.