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Como é um PC da NASA de verdade?

Muito se fala em PC da NASA pra cá, PC da NASA pra lá e tal, mas o que tem mesmo dentro de um PC da NASA?

Por | @Evilmaax Ciência Pular para comentários

Todo mundo já ouviu aquela frase "Nossa, esse jogo só o PC da NASA pra rodar" ou "Fulano colocou uma placa de vídeo de 2 mil reais, agora ele tem um PC da NASA". Pois eu só digo uma coisa: RISOS.

Embora a cultura popular saiba que o PC da NASA é extremamente avançado e poderosíssimo, as pessoas nem imaginam o real poder de um computador da agência espacial americana. É uma coisa de outro mundo (ba dum tsss), e comparar o PC do amiguinho com um verdadeiro PC da NASA não só é uma brincadeira, como é vergonhoso.

Detalhe importantíssimo para você ter em mente quando ler sobre os poderes de um computador da NASA: Ele NÃO é o PC mais poderoso do mundo. Mas não se preocupe, veremos a lista dos top aqui no final deste post; assim você pode sair falando que fulano tem um pc de tal lugar quando Fulano colocar um SSD de 500 Gb, sem medo de errar novamente.

O famoso PC da NASA

Inicialmente, pense que não estamos aqui falando de computadores normais, mas sim de supercomputadores, que é o termo utilizado para descrever o tipo de máquina na qual os PCs usados pela Divisão de Supercomputação Avançada da NASA - ou NASA Advanced Supercomputing Division, no original - utiliza para cálculos e simulações. Leia em destaque: Smoot, a piada que virou uma medida do Google.

Essa divisão está possibilitando avanços em tecnologias de computação de ponta e em métodos de modelagem e simulação para enfrentar alguns dos mais difíceis desafios de engenharia e ciência enfrentados pela NASA atualmente.

Para isso eles contam com alguns supercomputadores, porém, nenhum se compara ao Pleiades, o mais poderoso de todos. O nome vem de um agrupamento aberto de estrelas na constelação de touro que batizou o supercomputador inaugurado em 2008 e que, hoje, é a 27ª máquina mais poderosa do planeta em poder computacional.

Fun fact: Se cada um dos mais de 7 bilhões e 600 milhões de habitantes da Terra fizessem 1 cálculo por segundo, durante 8 horas por dia precisaríamos de 2.175 dias para calcular a mesma coisa que o Pleiades calcula em 1 minuto. Esse é o verdadeiro poder de um computador da NASA.

Tudo que você vê nesta foto é um pedacinho do PleiadesTudo que você vê nesta foto é um pedacinho do Pleiades

E para alcançar este nível absurdo de cálculos é preciso uma configuração de hardware inacreditável:

  • Total de núcleos de processadores: 245.536
  • Memória total: 935 terabytes (1 terabyte equivale a 1024 gigabytes)
  • Armazenamento: 29 petabytes (1 petabyte equivale a 1024 terabytes ou pouco mais de 1 milhão de gigabytes)
  • Velocidade de cálculo por segundo: 5.95 petaflops (valor constante) ou 7.25 (valor de pico)

Também ficou impressionado? Pois lembre-se que o Pleiades é "apenas" o 27º computador mais potente do planeta.

E antes que alguém fale que tanto poder computacional, provavelmente, seja um desperdício, saiba que, neste exato momento, 93% da capacidade de processamento está sendo utilizada (o valor varia de acordo com os cálculos que estão sendo realizados no momento e pode ser conferido na página oficial do projeto HECC - High-End Computing Capability, uma divisão da divisão de supercomputação). 

E por falar no HECC, é através deste projeto que o Pleiades e demais supercomputadores da NASA fornecem recursos de computação, armazenamento e visualização para usuários de todo o Estados Unidos com o objetivo de acelerar o desenvolvimento de novas tecnologias e garantir descobertas científicas, sistemas complexos de engenharia cada vez mais seguros, além de, é claro, calcular tudo nos mínimos detalhes e assim reduzir as chances de erro em missões da NASA. 

Se você é um pesquisador que deseja utilizar o poder computacional das máquinas do HECC, ou até mesmo um civil que quer fazer uso gratuito do mesmo (é possível, caso você se encaixe em algumas regras específicas), saiba que o HECC oferece 4 serviços:

  • Sistemas de Supercomputação: Fornece potência computacional, armazenamento em massa e um ambiente amigável ao usuário, através do desenvolvimento e implantação contínuo de ferramentas de gerenciamento, segurança de TI e engenharia de sistemas.
  • Desempenho de aplicativos e produtividade do usuário: Facilita os avanços em ciência e engenharia para programas da NASA, aprimorando a produtividade do usuário e o desempenho do código em aplicativos de computação avançada.
  • Análise e Visualização de Dados: Cria um software de visualização e análise de dados funcional para aprimorar o suporte a decisões de engenharia e a descoberta científica, incorporando tecnologias e exibições avançadas de visualização.
  • Rede: Fornece rede de ponta a ponta de alto desempenho para atender a modelagem e distribuição massiva de dados de simulação e também aos requisitos de acesso de usuários espalhados geograficamente.

Ok, muito bacana tudo isso, o Pleiades é realmente um supercomputador incrível e através da divisão de supercomputação eles fazem um serviço surpreendente, mas o que ele fez de útil para eu e você de verdade?

Primeiramente tem-se que dizer que 1700 pesquisadores utilizam os supercomputadores da NASA para rodar cálculos e projeções de mais de 500 projetos de pesquisa diferentes. Dentre os resultados obtidos desde a inauguração do primeiro supercomputador, em 1984, estão alguns que impactaram direta ou indiretamente a vida de muita gente. Por exemplo:

  • Busca por planetas com condições de vida: Foi com o Pleiades que se conseguiu processar as enormes quantidades de dados reunidas sobre estrelas a partir da nave espacial Kepler. Isso levou à descoberta de novos planetas do tamanho da Terra na Via Láctea, ou seja, possíveis locais de vida no universo. O processo é feito através das curvas de luz obtidas de mais 200 mil estrelas observadas. 
  • Previsão e acompanhamento de furacões: Um caso ficou muito famoso em 2008, logo que o Pleiades entrou em operação: Ele foi usado para simular o comportamento do ciclone Nargis com 5 dias de antecedência. Cientistas precisam de centenas de milhares de processadores para cada simulação a fim de melhorar a compreensão do fenômeno, como ocorre a intensificação das tempestades tropicais e estender o tempo de previsão para ajudar a salvar vidas e propriedades.

  • Estado das calotas de gelo marítimo e oceânicas: Em parceria com cientistas do MIT, o pessoal da NASA está tocando ECCO2 - Estimating the Climate and Circulation of the Ocean 2 (Estimando o Clima e a Circulação do Oceano 2), que usa a computação avançada para reconstruir a situação diária do sistema de gelo oceânico e marítimo da Terra. Além de ajudar a desenvolver a compreensão básica de como funciona o sistema de gelo, essa informação está sendo usada para fornecer dados científicos para questões pontuais do mundo real, como monitoramento da troca de dióxido de carbono da atmosfera oceânica; previsão do provável impacto de poluentes e melhorando as estimativas do derretimento glacial antártico.
  • Dispositivo de Assistência Cardíaca: As simulações de fluxos sanguíneos no sistema circulatório humano foram cruciais para o desenvolvimento do Dispositivo de Assistência Ventricular. Usando o conhecimento adquirido com a tecnologia empregada em ônibus espaciais, os especialistas em dinâmica de fluidos computacional (sigla CFD, no original, um grupo dentro da NASA) fizeram melhorias no projeto original para aumentar a circulação do fluxo sanguíneo e reduzir a coagulação, melhorando a vida de centenas de pacientes com insuficiência cardíaca em todo o mundo.
  • Novos veículos lançadores: A pesquisa e o desenvolvimento de veículos de lançamento espacial da próxima geração são todos feitos com recursos do Pleiades através de ferramentas de análise de ponta de modelagem e simulação de dinâmica de fluidos computacional. O objetivo é criar sistemas de lançamento e veículos mais eficientes e acessíveis. Pesquisas também foram feitas para reduzir o ruído criado pelo trem de pouso de aeronaves usando a aplicação de código do CFD para detectar onde as fontes de ruído se encontram dentro das estruturas (um exemplo você encontra no GIF, logo abaixo).
  • Astrofísica: Algumas das questões mais complicadas do universo também estão tentando ser resolvidas através do Pleiades, como o processo que levou a formação das galáxias e é simulada no supercomputador. Ainda no assunto astrofísica, ele investiga a Matéria Escura simulando e ajudando a descobrir aglomerados gravitacionais de tal matéria dentro de galáxias. Esta última é uma das maiores simulações já feitas, em termos de números de partículas.

Simulação feita pela NASA em parceria coma Boeing mostra como um Boeing 777 interage com o ar em um pousoSimulação feita pela NASA em parceria coma Boeing mostra como um Boeing 777 interage com o ar durante o pouso

Os maiores supercomputadores

Ok, o Pleiades é incrível, com certeza, mas ainda assim não se esqueça que ele não está nem entre as 20 máquinas mais potentes do mundo.

Atualmente existe um ranking chamado Top500 que lista, adivinhe, os 500 supercomputadores mais poderosos do mundo. Não por coincidência, a maioria está na China: Eles possuem 229, enquanto que os EUA, em segundo lugar, possuem 108 e o Japão, em terceiro lugar, 31 deles. O Brasil possuía apenas 1, mas com o corte nas verbas para ciência e educação ele foi desativado por falta de pagamento e manutenção.

Mas mesmo que os chineses ganhem na quantidade, as primeiras posições ainda são dos americanos. Abaixo estão os 10 supercomputadores mais potentes do mundo em novembro de 2018.

Pos. Nome Órgão País Processadores Poder Comp. Estável
Summit Laboratório Nacional Oak Ridge EUA 2.397.824 143.500 petaflops
Sierra Laboratório Nacional Lawrence Livermore EUA 1.572.480 94.640 petaflops
Sunway Taihulight Centro Nacional de Supercomputação Wuxi China 10.649.600 93.014 petaflops
Tianhe-2A Centro Nacional de Supercomputação Guangzhou China 4.981.760 61.444 petaflops
Piz Dainr Centro de Supercomputação Nacional da Suíça Suíça 387.872 21.230 petaflops
Trinity Laboratório Nacional Lawrence Livermore EUA 979.072 20.158 petaflops
AI Bridging Cloud Infrastructure Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Industrial Japão 391.680 19.880 petaflops
SuperMUC-NG Centro de Dados Leibniz Alemanha 305.586 19.476 petaflops
Titan Laboratório Nacional Oak Ridge EUA 560.640 17.590 petaflops
10º Sequoia Laboratório Nacional Lawrence Livermore EUA 1.572.864 17.173 petaflops

Summit é, atualmente, o mais potente supercomputador do mundoSummit é, atualmente, o mais potente supercomputador do mundo

Então agora você já sabe. Se alguém aparecer dizendo que tem um PC foda, não diga que ele tem um PC da NASA, mas sim um PC do Oak Ridge.

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