Supercomputador para computação científica de alto desempenho

No mundo científico, há um grande número de problemas cuja solução não pode ser alcançada analiticamente. Este tipo de problema inclui o estudo de sistemas caóticos, sistemas complexos de equações, simulações de sistemas biológicos, etc. A solução para esses problemas pode ser obtida por simulação numérica usando um supercomputador para computação científica . Em outras palavras, uma calculadora poderosa projetada para realizar cálculos matemáticos de alto desempenho.

Os melhores supercomputadores: o projeto TOP500

O projeto TOP500 visa criar uma lista atualizada dos 500 supercomputadores mais poderosos do planeta. A China é o país dominante quando se trata do número total de sistemas com 226 supercomputadores . Os Estados Unidos seguem com 114 sistemas, Japão com 30, França com 18 e Alemanha com 16.

O projeto TOP500 nasceu em 1993 e atualiza a lista de sistemas duas vezes por ano. A primeira atualização coincide com a Conferência Internacional de Supercomputação em junho, a segunda ocorre em novembro durante a Conferência de Supercomputação ACM / IEEE. O projeto visa fornecer uma base de referência comum para analisar a evolução dos supercomputadores. O desempenho do sistema é avaliado usando o benchmark HPL, uma implementação portátil do benchmark LINPACK escrito em Fortran para sistemas não distribuídos.

TOP5 de supercomputadores para computação científica

Após a atualização de novembro de 2021, Fugaku continua a manter a posição nº 1, que ganhou pela primeira vez em junho de 2020. Sua pontuação de referência HPL é 442 Pflop / s (operações de ponto flutuante peta por segundo), que é o número de operações de ponto flutuante executado em um segundo pela CPU. Para acompanhar Fugaku, as 5 primeiras posições são: Summit, Sierra, Sunway TaihuLight e Perlmutter.

• Fugaku é o primeiro computador baseado em ARM a alcançar o título de supercomputador mais rápido do mundo. Seu poder de computação pode ir mais do que o dobro do supercomputador Summit no qual bateu o recorde. Todo esse poder de computação é fornecido pelo sistema de 48 núcleos em um chip (SOC) da ARM
• Summit é um supercomputador desenvolvido pela IBM. Graças a um desempenho de 148,8 Pflop / s, continua sendo o sistema mais rápido dos Estados Unidos e o segundo do mundo. A capacidade de processamento de dados é habilitada por 4.356 nós , cada um equipado com duas CPUs IBM Power9 e seis GPUs NVIDIA Tensorcore V100.
• Sierra , um sistema do Laboratório Nacional Lawrence Livermore, CA, EUA. Sua arquitetura é muito semelhante à do Systems Summit, construída com 4.320 nós com duas CPUs Power9 e quatro GPUs NVIDIA Tesla V100. Sierra atinge 94,6 Pflop / s
• Sunway TaihuLight é um sistema desenvolvido pelo Centro Nacional de Pesquisa de Engenharia e Tecnologia de Computação Paralela (NRCPC) da China e instalado no Centro Nacional de Supercomputação em Wuxi, na província chinesa de Jiangsu. Alcança o número 4 graças aos seus 93 Pflop / s
• Perlmutter, com um desempenho de 70,9 Pflop / s, atingiu o número cinco em junho passado

Alguns problemas enfrentados com supercomputadores

Segundo especialistas , os supercomputadores nos ajudarão não apenas a superar desafios como pandemias e mudanças climáticas, mas também a resolver os problemas atuais da comunidade científica . Este tipo de problema inclui o estudo de sistemas caóticos, sistemas complexos de equações, simulações de sistemas biológicos, simulações das distribuições espaciais da densidade plasmática de uma coroa solar. Além disso, na dinâmica dos fluidos a computação numérica é usada para o estudo da turbulência e na dinâmica molecular para a solução de problemas de "muitos corpos".

Tempos de cálculo de supercomputadores

Estudos que incluem alguns efeitos físicos relevantes requerem um código muito preciso e milhões de horas de computação , este valor pode sugerir que uma vida inteira não seria suficiente para conhecer a solução. Na realidade, o tempo total é calculado considerando os tempos de trabalho dos processadores individuais usados ​​em multitarefa.

Além disso, o tempo de computação depende das arquiteturas de cluster de computação usadas. Por exemplo, o código NAMD para simular botulinum na água (303K átomos) leva cerca de 756.000 horas. A arquitetura usada para este tipo de simulação é Galileo ; o supercomputador italiano dedicado à computação científica . Isso é composto de 516 nós de computação, cada nó contendo processadores Intel Haswell de 2 × 18 núcleos (2,40 GHz) e uma memória compartilhada de 128 GB.

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