Supercomputador com milhões de núcleos é desafio da década
Supermáquinas precisam ser mil vezes mais rápidas e oferecer eficiência energética. Projeto para 2020 exige novas técnicas e apoio dos governos.
por Mônica Siqueira, editora-assistente do i-press.biz
(com colaboração do correspondente Jean Pierre Sorteaux, da redação Paris/França)
Começou a corrida da indústria para alcançar até o final da década a computação exascale, que promete aumentar em mil vezes o poder de processamento dos computadores. O esforço de governos e fabricantes é para projetar supercomputadores com escala de exabytes para solucionar grandes problemas globais. A computação exascale tem a missão de atender aplicações que vão exigir alto poder de processamento como as de medicina, defesa, energia e ciência. Países como Japão, China e EUA estão numa disputa para alcançar a computação exaflop, e o que vier além disso.
As máquinas que vão realizar esse processamento são vistas como salvação, ao permitir que pesquisadores criem visualizações tridimensionais para executar infinitos ambientes, com número muito grande de detalhes.
Estima-se que o desempenho necessário deve estar na escala de exabytes exascale, o que representaria um quintilhão (um milhão de trilhões) de cálculos por segundo. Para se ter uma ideia, cinco exabytes (EB) equivaleriam a todos os tons de cada palavra já pronunciada pela humanidade.
Chegar a essas supermáquinas tornou-se uma verdadeira obsessão, constatam especialistas que participaram na semana passada durante a Supercomputing Conference (CS211), realizada em Seatte (EUA). A explicação é simples: faltam pouco mais de oito anos para o término do prazo estabelecido para o alcance dessa meta.
Para a maioria das pessoas, oito ou nove anos é um período longo. Mas para os organizadores da SC11 esse tempo foi considerado curto frente aos desafios das companhias. Um grande estímulo para a construção de máquinas com grande poder de processamento vem do governo norte-americano. O Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE), por exemplo, destinou recursos para financiar essa tecnologia.
O órgão pediu à indústria que entregue entre 2019 e 2020 um sistema de exascale computing e que alcance 20 MW de potência energética. O DOE está analisando propostas de como conseguir esse supercomputador.
Eficiência energética
A IBM está construindo um supercomputador para o Lawrence Livermore National Laboratory dos EUA, sistema capaz de alcançar desempenho de até 20 petaflops (unidade de medida de processamento de computador). Trata-se do Blue Gene/Q, que será um dos maiores supercomputadores do mundo, bem como um dos mais eficientes em termos energéticos que deverá estar pronto no ano que vem com capacidade para consumir entre 7 e 8 MW de energia, de acordo com a IBM. "Estamos agora em um mundo com restrição de energia", diz Steve Scott, o diretor de tecnologia da unidade de negócios Tesla da Nvidia. Com esse novo cenário, fazer chips com alto desempenho tornou-se grande desafio para a indústria. A dificuldade maior não é a quantidade de transistor a ser colocada no componente, mas fazer com que seu consumo seja eficiente.
O executivo acredita que o pedido do DOE de entrega de um supercomputador que não consuma mais que 20 MW poderá será atendido somente em 2022. Entretanto, ele acha que com o programa do órgão de financiamento, as pesquisas poderão ser aceleradas e a Nvidia poderá avançar no desenvolvimento de circuito e técnicas de arquitetura, tornando possível atingir esse objetivo em 2019. O executivo diz que para alcançar o nível de consumo exigido pelo DOE, será necessário melhorar o uso de energia em 50 vezes. Ele pontua que se 20 MW parece ser muito, instalações de computação em nuvem demandam até 100 MW de potência energética.
Rajeeb Hazra, gerente técnico de computação da Intel, afirma que a fabricante de chip planeja atender a computação exascale até 2018, um ano à frente da expectativa do governo dos EUA. Ele fez essa observação durante o anúncio de um protótipo do chip da Intel de codinome Knights Corner, que possui mais de 50 núcleos desenvolvidos para lidar com tarefas de computação de alto desempenho. O Knights Corner mistura núcleos de padrão x86 com núcleos especializados e funciona como acelerador, juntamente com a CPU, para impulsionar a performance de aplicativos paralelos.
Antes de chegar a exascale, os vendedores irão produzir sistemas que podem ser escalados para as centenas de petaflops. A IBM, por exemplo, diz que o novo sistema Blue Gene/Q terá desempenho de 100 petaflops.
Kim Cupps, líder da divisão de computação e gerente do projeto Sequoia, no Lawrence Livermore, diz que já está feliz com 20 petaflops. "Estamos emocionados de ter essa máquina tão perto de nosso alcance. Vamos resolver muitos problemas de interesse nacional como alterações climáticas e modelagem de energia", finaliza.
Data centers modulares garantem eficiência energética
Pré-fabricados, ambientes podem custar menos que os tradicionais e consomem menos energia, indica relatório.
Data centers modulares e pré-fabricados são significativamente mais baratos e eficientes em energia do que os tradicionais. A conclusão é do relatório do The Green Grid, entidade internacional que trabalha para encontrar a melhor maneira de medir o uso de energia em data centers.
O documento, intitulado "Deploying and Using Containerized/Modular Data Centre Facilities", afirma que essa abordagem para construção de data centers elimina a despesa de engenharia e arquitetura personalizada. Ambientes modulares também tendem a usar equipamentos de maior densidade de TI que necessitam de menos espaço e, consequentemente, menos construção.
Além disso, diz o estudo, as estruturas pré-construídas podem oferecer melhor desempenho porque os defeitos estruturais são eliminados no início do processo de design. A maioria dos data centers modulares é otimizada para a eficiência energética, com as cargas de calor localizadas perto da estrutura de resfriamento, o que significa que menos energia é necessária para essa tarefa. Muitos também são projetados para tolerar maior variação de temperatura e umidade.
Menos custos de energia e processos de manutenção otimizados inevitavelmente resultam em menor custo operacional, afirma o relatório.
"A linha de montagem revolucionou a fabricação e muitos bens comerciáveis, criando eficiência em termos de custo e desempenho", afirma Tim Mohin, membro do conselho do The Green Grid e diretor de responsabilidade corporativa da AMD. "A revolução está acontecendo agora nos datas centers, resultando em maior potencial de redução de custos e aumento da eficiência energética”, completa.
A abordagem modular vem com uma série de outros benefícios, segundo o estudo do The Green Grid. Entre eles, redução do time to market, simplificando o processo de atualização, e diminuição dos riscos associados a realização de atividades de integração em um data center operacional.
O The Green Grid reconhece que há uma série de preocupações comuns relacionadas à confiabilidade dos data centers modulares. Por exemplo, o grau de resiliência, redundância e uptime aplicados na concepção e implementação de determinados módulos varia muito, e muitos data centers estão preocupados com a segurança das instalações modular.
No entanto, o documento afirma que os módulos podem ser feitos para ser tão seguros quanto os data centers tradicionais, que contam com sistemas de alarme e, na maioria dos casos, é mais fácil e menos trabalhoso construir um módulo seguro do que projetar toda uma estrutura.
"Com a quantidade de dados que criamos mostrando sinais de crescimento significativo a cada ano, as empresas de todo o mundo estão procurando maneiras de maximizar os recursos à medida que são confrontados com mais informações para armazenar e manter", afirma Mark Monroe, diretor-executivo do The Green Grid. "O data center modular é alternativa cada vez mais popular, já que é mais rentável e pode ser equipado com maior densidade, tecnologias de redução de energia que também diminuiu custos, bem como espaço."
No ano passado, o Colt Technology Services Group anunciou um data center modular de 500 metros quadrados, que pode ser construído e implementado em quatro meses. As unidades são compostas por 12 módulos que podem ser carregados em um caminhão e montados no local do cliente ou dentro de um dos data centers do Colt. Outros fabricantes, atentos à crescente demanda, estão investindo no mercado de data center modular. Entre eles Dell, IBM, HP, SGI, Capgemini, Microsoft e Anixter.