Criar um supercomputador que possa gerar um modelo do futuro do planeta talvez seja o desafio mais difícil para especialistas em ciência climática e peritos em computador.
A tarefa exigiria um conjunto imenso de cálculos sendo executado durante várias semanas, com resultados que seriam recalculados centenas de vezes com variáveis diferentes. Máquinas que fizessem esses cálculos precisariam ser 100 vezes mais rápidas que os supercomputadores atuais. Se um computador desse tipo fosse construído hoje, o chamado computador exascale, iria consumir eletricidade equivalente ao consumo de 200 mil casas e poderia custar US$ 20 milhões ou mais por ano para operar, contribuindo para o aquecimento global.
Por esse motivo, cientistas que projetam essas máquinas ultrarrápidas esperam por técnicas de computação de baixo consumo de energia capazes de reduzir significativamente o consumo de um computador exascale.
Porém, Krishna Palem, cientista da computação na Universidade Rice, acredita ter encontrado uma solução. Ao deixar de lado os transistores que garantem a precisão, seria possível reduzir as demanda de energia necessária para o cálculo ao mesmo tempo em que a velocidade de desempenho aumentaria, ele afirma.
“Cálculos científicos de modelagem climática são, no geral, inerentemente inexatos. Mostramos que o uso de técnicas de computação inexatas não iria diminuir a qualidade da simulação do clima”, disse Palem.
Os modelos climáticos usam um imenso conjunto de equações diferenciais que simulam a interação da física, da química e da mecânica dos fluidos. Para criar modelos, os cientistas transformam o mundo em uma grade tridimensional e calculam as equações. Os modelos climáticos atuais usados em supercomputadores adotam tamanhos de células de cerca de 100 quilômetros, que representam o clima para essa área da superfície da terra.
Para prever com precisão o impacto em longo prazo das mudanças climáticas seria preciso reduzir o tamanho da célula para um quilômetro. Esse modelo exigiria mais de 200 milhões de células e aproximadamente três semanas para simular a mudança climática durante um século.
Palem acredita que sua abordagem é mais apropriada para a modelagem do tempo e do clima porque não exigiria grande precisão.
“Não podemos fazer um experimento de laboratório com o clima. Temos que contar com esses modelos que tentam codificar a complexidade climática, e hoje estamos limitados pelo tamanho dos computadores”, disse Tim Palmer, físico de clima da Universidade de Oxford.
Palem diz que computar a taxa de aquecimento global pode ser possível com um computador que use chips especializados de baixo consumo de energia para resolver uma parte do problema. Ele descreve sua abordagem como computação “inexata”.
O objetivo dos engenheiros que tentam projetar um computador exascale é se manter dentro de um consumo de 30 megawatts, dizem os especialistas.
Há mais de dez anos, Palem vem pedindo que o mundo da computação se afaste de sua paixão pela precisão. Recentemente, ele conquistou aliados entre climatologistas como Palmer que, no periódico Nature, pediu que a comunidade climática fizesse um esforço internacional para construir uma máquina rápida o suficiente para resolver questões básicas sobre a taxa de aquecimento global.
“Físicos e astrônomos há muito perceberam que a cooperação internacional é fundamental para se chegar à infraestrutura necessária para a ciência de ponta. Está na hora de reconhecermos que a previsão climática também é uma ‘ciência importante’”, ele escreveu.
Nem todo mundo está convencido de que a arquitetura de computador de Palem seja aplicável.
“Com relação aos problemas que podem decorrer disso, onde resultados inexatos poderiam levar a conclusões erradas sobre a mecânica climática, a falta de exatidão é problemática”, disse John Shalf, chefe do departamento de Ciência da Computação no Laboratório Nacional Lawrence Berkeley.
Palem e Palmer estão tentando contornar essas objeções.
“É uma quantidade pouco significativa de dinheiro quando se pensa que o impacto do clima pode chegar a trilhões de dólares. É na verdade uma questão existencial. De um lado do espectro, é possível fazer ajustes, mas no extremo oposto, não iremos nos safar a não ser que cortemos as emissões na próxima década”, disse Palmer.
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