O que é computação de alto desempenho (HPC)?
A HPC processa grandes quantidades de dados e soluciona os problemas de computação mais complexos do momento em tempo real ou praticamente em tempo real.
Imagem aproximada de circuitos
O que é HPC?

A HPC é uma tecnologia que usa clusters de processadores poderosos, trabalhando em paralelo, para processar grandes conjuntos de dados multidimensionais (big data) e solucionar problemas complexos em velocidades extremamente altas. Os sistemas de HPC normalmente funcionam em velocidades que são mais de um milhão de vezes mais rápidas do que os sistemas de desktop, notebook ou servidor mais rápidos.

Durante décadas, o paradigma do sistema de HPC foi o supercomputador, um computador especializado que incorpora milhões de processadores ou núcleos de processador. Os supercomputadores ainda são uma realidade. No momento deste artigo, o supercomputador mais rápido que existe está nos EUA, na Frontier (o link está fora do  ibm.com), com uma velocidade de processamento de 1.102 exaflops ou quintilhões de operações de ponto flutuante por segundo (flops). No entanto, cada vez mais organizações estão executando soluções de HPC em clusters de servidores de computadores de alta velocidade, hospedados no local ou na nuvem.

As cargas de trabalho de HPC revelam novos insights importantes que aprimoram o conhecimento humano e criam uma vantagem competitiva significativa. Por exemplo, a HPC é usado para sequenciar DNA, automatizar a negociação de ações e executar algoritmos e simulações de inteligência artificial (IA) (como aqueles dos automóveis autônomos) que analisam terabytes de fluxos de dados de sensores de IoT, radares e sistemas GPS em tempo real para tomar decisões em frações de segundo.

Como a HPC funciona?

Um sistema de computação padrão resolve problemas principalmente por meio da computação serial, dividindo a carga de trabalho em uma sequência de tarefas e as executando uma após a outra no mesmo processador.

Em contraste, a HPC utiliza

  • Computação massivamente paralela. A computação paralela executa diversas tarefas simultaneamente em diversos servidores ou processadores de computador. A computação massivamente paralela é a computação paralela que usa dezenas de milhares a milhões de processadores ou núcleos de processador.

  • Clusters de computador (também chamados de clusters de HPC). Um cluster de HPC consiste em diversos servidores de computador de alta velocidade conectados em rede, com um planejador centralizado que gerencia a carga de trabalho de computação paralela. Os computadores, chamados de nós, usam CPUs de diversos núcleos e alto desempenho ou, mais provavelmente hoje, GPUs (unidades de processamento gráfico), que são adequadas para cálculos matemáticos rigorosos, modelos de machine learning e tarefas com uso intensivo de gráficos. Um único cluster de HPC pode incluir 100 mil ou mais nós.

  • Componentes de alto desempenho: todos os outros recursos de computação em um cluster de HPC (rede, memória, armazenamento e sistemas de arquivos) são componentes de alta velocidade, alto rendimento e baixa latência que podem acompanhar os nós e otimizar o poder de computação e o desempenho do cluster.
HPC e computação em nuvem

Há uma década, o alto custo da HPC, que envolvia possuir ou alugar um supercomputador ou construir e hospedar um cluster de HPC em um data center local, fez dela impossível para a maioria das organizações.

Hoje, a HPC na nuvem (às vezes chamada de HPC como serviço ou HPCaaS) oferece uma maneira significativamente mais rápida, escalável e acessível para as empresas utilizarem a HPC. Normalmente, a HPCaaS inclui acesso a clusters e infraestruturas de HPC hospedados no data center de um provedor de serviços em nuvem, além de recursos de ecossistema (como IA e análise de dados) e conhecimento em HPC.

Hoje, a HPC na nuvem é impulsionada por três tendências convergentes:

  • Demanda em surgimento. Organizações em todos os setores estão se tornando cada vez mais dependentes de insights em tempo real e vantagens competitivas que resultam da solução de problemas complexos que somente aplicativos de HPC podem resolver. Por exemplo, a detecção de fraudes de cartão de crédito, algo em que praticamente todos nós confiamos e que a maioria já usou, depende cada vez mais da HPC para identificar fraudes mais rapidamente e reduzir falsos positivos complicados, mesmo quando a atividade de fraude se expande e as táticas dos fraudadores mudam com frequência.

  • Prevalência de redes de RDMA de menor latência e maior rendimento. O RDMA (acesso remoto direto à memória) permite que um computador em rede acesse a memória de outro computador na rede sem envolver o sistema operacional de nenhum deles ou interromper seus processamentos. Isso ajuda a minimizar a latência e maximizar o rendimento. As malhas de RDMA emergentes de alto desempenho, incluindo Infiniband, Virtual Interface Architecture e RDMA sobre Ethernet convergente (RoCE), estão essencialmente tornando a HPC baseada em nuvem possível.

  • Disponibilidade generalizada de HPCaaS de nuvem pública e privada. Hoje, todos os principais provedores de serviços de nuvem pública oferecem serviços de HPC. Embora algumas organizações continuem executando cargas de trabalho de HPC altamente regulamentadas ou confidenciais no local, muitas estão adotando ou migrando para as soluções de HPC de nuvem privada oferecidas por fornecedores de hardwares e soluções. 
Casos de uso da HPC

Os aplicativos de HPC se tornaram sinônimos de aplicativos de IA em geral e, em particular, de aplicativos de machine learning e deep learning. Hoje, a maioria dos sistemas de HPC são criados para essas cargas de trabalho. Esses aplicativos de HPC estão impulsionando a inovação contínua em:

Assistência médica, genômica e ciências biológicas. A primeira tentativa de sequenciar um genoma humano levou 13 anos para ser concluída. Hoje, os sistemas de HPC podem fazer isso em menos de um dia. Outras aplicações da HPC em assistência médica e ciências biológicas incluem a descoberta e o design de medicamentos, os diagnósticos rápidos de câncer e a modelagem molecular.

Serviços financeiros. Além da detecção automatizada de fraudes e negociações (observadas acima), a HPC potencializa aplicativos na simulação de Monte Carlo e em outros métodos de análise de risco.

Governo e defesa. Dois casos de uso da HPC crescentes nesta área são a previsão do tempo e a modelagem climática, ambos envolvendo o processamento de grandes quantidades de dados meteorológicos históricos e milhões de mudanças diárias em pontos de dados relacionados ao clima. Outras aplicações governamentais e de defesa incluem pesquisa de energia e trabalho de inteligência.

Energia. Em alguns casos, sobrepostos ao governo e à defesa, os aplicativos de HPC relacionados à energia incluem processamento de dados sísmicos, simulação e modelagem de reservatórios, além de análise geoespacial, simulação de vento e mapeamento de terreno.

Soluções relacionadas
Computação de alto desempenho na IBM Cloud

Tanto para cargas de trabalho que requerem um ambiente de nuvem híbrida quanto para aquelas que requerem um contido na nuvem, a IBM Cloud tem a solução de computação de alto desempenho ideal para atender às suas necessidades.

Descubra a HPC na IBM Cloud
Infraestrutura de IA

Para enfrentar os desafios de hoje e se preparar para o futuro, é necessário obter as soluções de IA da IBM que se integram à sua infraestrutura e estratégia de dados.

Descubra soluções de infraestrutura de IA
Gerenciamento de carga de trabalho de HPC

O portfólio do IBM Spectrum® LSF Suites redefine a virtualização de cluster e o gerenciamento de carga de trabalho fornecendo uma solução integrada para ambientes de HPC críticos.

Conheça o Spectrum LSF Suites
Sistemas de computação quântica

Atualmente, a IBM é a única empresa que oferece a pilha completa de tecnologia quântica com o hardware mais avançado, além de sistemas integrados e serviços em nuvem.

Conheça os sistemas de computação quântica
Recursos História da supercomputação na IBM

A IBM tem uma vasta história com a supercomputação e é considerada amplamente a pioneira na área, com destaques como o programa Apollo, o Deep Blue, o Watson e muito mais.

Notícias mais recentes sobre a HPC

Obtenha as informações mais recentes sobre a HPC, além de notícias e postagens técnicas de blogs.

Roteiro para construir um ecossistema de software quântico aberto

A computação quântica está prestes a desencadear uma mudança de paradigma. O software que depende dessa tecnologia nascente, enraizada nas leis físicas da natureza, poderá em breve revolucionar a computação para sempre.