UFRJ cria supercomputador que consome menos energia

O Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro (Coppe/UFRJ) inaugura nesta quarta-feira (13) seu novo supercomputador. Fruto de um investimento de cerca de R$ 10 milhões — provenientes de fundo de participação especial controlado pela Agência Nacional de Petróleo (ANP) —, a máquina vai ajudar em pesquisas nas áreas de engenharia, exploração de petróleo, saúde e outras, como os efeitos das mudanças climáticas na matriz energética brasileira e a busca por uma vacina contra o vírus zika.

Mas o grande diferencial do equipamento — batizado Lobo Carneiro em homenagem ao engenheiro Fernando Lobo Carneiro, professor da UFRJ e um dos fundadores da Coppe, morto em 2001 — é que ele vai entregar seu alto desempenho com grande eficiência. Em tempos que o supercomputador mais poderoso no país, o Santos Dumont, instalado no Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC), corre o risco de ser desligado por falta de dinheiro para pagar a conta de luz, o Lobo Carneiro e a estrutura em torno dele trazem a vantagem de terem sido desenhados para consumir pouca energia e durar mais. A decisão, no entanto, foi tomada antes da crise no LNCC.

“O foco do projeto foi mais na eficiência do que na potência, mas, ainda assim, temos uma máquina moderna e poderosa, capaz de atender as demandas reais de nossas pesquisas”, destaca Guilherme Travassos, professor de Sistemas e Computação da Coppe/UFRJ, que coordenou a licitação e montagem do supercomputador. “A Coppe é muito intensiva computacionalmente, com projetos que demandam grande poder de cálculo, mas o Lobo Carneiro também estará disponível para projetos de outras unidades da UFRJ, universidades, centros de pesquisa e empresas”.

Resultados rápidos de simulações

Travassos cita como exemplo disso a área de saúde, como nos estudos para uma vacina ou tratamento contra o zika, em que um pesquisador poderá sair da bancada do laboratório direto para simulações no computador para identificar os compostos e reações mais viáveis e promissores.

“Em vez de esperar um mês pelos resultados das simulações em um computador comum, com o Lobo Carneiro ele vai tê-los em um dia”, aponta. “São problemas concretos para o Brasil que vamos ajudar a resolver, como já fazíamos com o supercomputador anterior e vamos continuar a fazer”.

Para tanto, o Lobo Carneiro conta com 6.072 núcleos compostos por processadores Intel Xeon 2670v3 distribuídos em 253 “nós”, 720 terabytes de espaço em disco e 16 terabytes de memória, o que dá a ele uma velocidade de operação de 226 teraflops (Tflops) — unidade padrão na avaliação de desempenho de supercomputadores que, no caso do novo supercomputador da Coppe, equivale à capacidade de realizar 226 trilhões de operações matemáticas por segundo.

E embora tamanha quantidade de cálculos por pouco tempo não seja suficiente para incluí-lo na lista dos 500 computadores mais poderosos do mundo (na qual o Santos Dumont ocupa o 265º lugar) compilada bianualmente pelo site especializado Top500.org, ele estaria razoavelmente bem colocado em outra lista recém-introduzida pela mesma organização.

Batizado Green500, o novo ranking aponta os supercomputadores mais eficientes no uso de energia. Nele, o Lobo Carneiro, com sua capacidade de realizar 1.459,42 megaflops (milhões de operações por segundo) por watt consumido (Mflops/W), ocuparia o 137º lugar, à frente do Santos Dumont e muitas outras máquinas da lista das maiores do planeta atualmente.

“Decidimos implantar um sistema que pudesse dar o máximo de desempenho com o mínimo de consumo, trazendo uma alta relação custo-benefício”, explica Travassos. “Terminamos então um supercomputador que é cinco vezes mais potente com um terço do consumo de energia do anterior. Além disso, o projeto inclui toda uma integração de sistemas que nos dá um nível de eficiência muito alto não só da máquina em si mas da sua operação como um todo”.

Segundo Travassos, esta engenharia inédita para o uso de um supercomputador no país inclui a possibilidade de exercer um controle preciso e a automação de diversos aspectos de sua operação. Pode-se, por exemplo, reduzir a frequência de processamento da máquina para o mínimo possível, sem parar os cálculos, nos horários de pico do consumo de energia no país, quando em geral ela está mais cara, ou fazer o inverso, isto é, imprimir potência máxima nos horários de menor consumo, quando a eletricidade está mais barata, como nos fins de semana.

”E tudo isso pode ser feito pelos próprios operadores ou pesquisadores pelo celular, sem a necessidade de ter alguém fisicamente presente no data center 24 horas por dia, sete dias por semana”, ressalta.

Máquina pode se cuidar sozinha

E esta possibilidade de trabalhar “sozinho” é outro detalhe do Lobo Carneiro que o diferencia de outros supercomputadores, afirma Marcelo Pinheiro, diretor Comercial e de Produtos da Versatus HPC, empresa start-up brasileira dedicada a prover soluções em computação de alto desempenho que trabalhou junto à Coppe e à americana Silicon Graphics, fabricante do supercomputador, na implantação do projeto.

“Um dos grandes paradigmas dos data centers é que sempre há um operador presente fisicamente para tomar decisões em resposta a alarmes, preservando a operação, isto é, o trabalho que o computador está realizando, o que exige também um alto grau de redundância dos equipamentos”, conta. “No caso do Lobo Carneiro, porém, nosso foco foi preservar a longevidade do equipamento. Para isso, montamos um sistema “inteligente” em que o supercomputador sabe o que está acontecendo com sua refrigeração e fornecimento de eletricidade, por exemplo, e pode se desligar sozinho antes de chegar a qualquer situação crítica. E, para não perder o que foi feito, os trabalhos vão sendo salvos em pontos de controle determinados de forma que possam ser interrompidos e retomados praticamente do lugar onde pararam em caso de problemas, o que nos permitiu também abrir mão da redundância e reduzir ainda mais seus custos de operação”.