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A supermáquina do tempo

Publicado em 13 maio 2011

Por Por Carlos Rydlewski

À primeira vista, o Tupã parece até um pouco mirrado, embora homônimo do deus indígena da chuva e do trovão. Fisicamente, não é maior que um aglomerado de geladeiras. Mas essa impressão de fragilidade se desfaz, à medida que sua força bruta entra em ação. Ele é a terceira máquina mais potente do planeta, empregada em previsões do tempo. Só perde para dois equipamentos semelhantes instalados em centros de pesquisas dos Estados Unidos. No ranking dos 500 maiores supercomputadores existentes no mundo, verdadeiras usinas de processamento de dados, ocupa o respeitável vigésimo nono posto. Desde o fim de março, o equipamento está sendo utilizado pelo Instituto Nacional de Pesquisas Espaciais (Inpe), em Cachoeira Paulista, no interior de São Paulo, para rodar os modelos matemáticos que fornecem a matéria-prima para a análise do clima em todo o país.

Um passeio pelas entranhas do Tupã detalha todo seu poder. Ele opera com 30,5 mil processadores (o equivalente a chips com um núcleo). Essa massa de silício atinge uma velocidade de processamento de 258 teraflops (trilhões de cálculos por segundo). Tudo isso significa que o novo supercomputador do Inpe realiza em uma hora a mesma tarefa que um computador pessoal, um PC, consumiria 25 anos para executar. Outro atributo com cifra impressionante é a memória do sistema. Ela conta com um total de 10 petabytes, o correspondente a dez vezes 1.000.000.000.000.000 bytes (um quatrilhão de bytes). Tal espaço corresponde a uma estante com 20 bilhões de livros, cada um com 200 páginas.

O Tupã, porém, não é somente um prodígio em números. Tem como tarefa fornecer dados mais precisos para a previsão do tempo e estudos climáticos no Brasil. O sistema foi construído pela empresa Cray, tradicional fabricante americana de supercomputadores. Custou R$ 50 milhões, bancados pelo Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT) e pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp). Ele substituirá uma máquina produzida pela NEC, usada desde 2002 pelo Centro de Previsão do Tempo e Estudos Climáticos (Cptec), do Inpe. Detalhe: o novo aparelho é 50 vezes mais potente que o antecessor.

PREVISÕES CONFIÁVEIS

Na prática, essa capacidade superior de processamento permitirá a produção de previsões mais confiáveis. O novo supercomputador tem maior fôlego para rodar os pesadíssimos modelos matemáticos, usados pelos técnicos para reproduzir as condições climáticas da Terra. Esses programas, por meio de centenas de milhares de linhas de fórmulas, criam representações de nuvens, da umidade do solo e da criosfera, as regiões cobertas por neve. Eles simulam o funcionamento da atmosfera. Na máquina da NEC, essa reprodução era limitada. Só eram observados fenômenos com tamanho superior a 20 quilômetros quadrados para as análises da América do Sul e 60 quilômetros quadrados para o restante do globo. Com o Tupã, esses números vão cair, respectivamente, para 5 e 20 quilômetros quadrados. A velha infraestrutura computacional de Cachoeira Paulista também vinha operando no limite de sua capacidade. Desde o fim de março, não contava com suporte técnico. Ou seja, se pifasse, era o fim. "Agora, com o Tupã, prestaremos um serviço melhor, com impacto positivo em atividades como a agricultura e em empresas que lidem com recursos hídricos como fornecedores de energia elétrica", diz Marcelo Seluchi, diretor do Cptec/Inpe.

A FORÇA DA MENTE

Por maior que seja o poder do supercomputador Tupã, são os meteorologistas que desempenham um papel decisivo na previsão dos fenômenos climáticos. Isso porque o produto final oferecido pela máquina pode ser comparado a uma tomografia computadorizada. "É preciso de um médico para interpretar esse exame. Caso contrário, por mais impressionantes que possam parecer, as informações nele contidas não têm o menor valor", observa Seluchi. Em relação ao clima, ocorre algo semelhante.

Os modelos matemáticos existentes oferecem um rascunho, um esboço, do que realmente ocorre na natureza. Assim, esses mapas meteorológicos contêm imperfeições. Cabe aos especialistas descobrir onde estão esses erros. Para atingir tal grau de sutileza analítica é preciso familiaridade com a região estudada, além de clara noção dos limites e das virtudes do programa empregado. Em geral, se fossem considerados apenas os dados fornecidos pelos computadores, o índice de acerto das previsões seria de 65%. Mas, com olhar humano, o grau de precisão do prognóstico sobe para 97% nas primeiras 24 horas observadas.

Criar um modelo matemático perfeito é algo inimaginável. A construção de um programa desse tipo exigiria o conhecimento prévio de um número monumental de variantes. Exemplo: para que um computador estabeleça com eficácia o comportamento do clima da Terra nos próximos 100 anos, teria de considerar detalhes como o total de erupções vulcânicas que acontecerão nesse período, pois a fumaça resultante desses fenômenos interfere no nível de radiação solar que chega ao solo. Seria preciso ainda conhecer o comportamento das queimadas durante todo o século. "E essas seriam somente algumas das variações que teriam de ser especificadas", afirma Seluchi.

Tal limite, contudo, não diminui a importância dos supercomputadores. As primeiras máquinas desse tipo surgiram nos anos 60. Rapidamente, tornaram-se mais parrudas, mas, ainda assim, a anos-luz de distância da força dos equipamentos atuais. Uma das maiores inovações da Cray, a mesma fabricante do Tupã, o XMP, lançado nos anos 80, possuía idêntica capacidade de processamento de um Pentium II, um chip totalmente obsoleto. Hoje, os supercomputadores, uma referência do desenvolvimento econômico de um país, são utilizados por indústrias e centros de pesquisa que circulam na fronteira da tecnologia global.

A liderança dessa geopolítica das máquinas é exercida com folga pelos Estados Unidos, com 274 entre os 500 maiores supercomputadores do planeta. O Brasil ocupa a vigésima posição, com dois sistemas. Além do Tupã, está em atividade o Galileu (111° lugar), instalado na Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), empregado principalmente em cálculos para a prospecção de petróleo. Quem surpreende é a China, na segunda posição do ranking, com 41 máquinas. Uma delas, a Tianhe 1A, é a mais veloz do mundo. Tem capacidade de processamento de 2,57 petaflops (é milhares de vezes mais rápida que o Tupã). Nessa velocidade, já é possível reproduzir algumas funções do cérebro. Equipamentos desse nível estão sendo usados para simular a visão humana, o que pode levar a aplicações revolucionárias. Com eles, cientistas americanos estudam, por exemplo, como criar uma espécie de piloto automático para automóveis, capaz de transportar pessoas com deficiência visual no tráfego urbano. Essa é uma pesquisa que soa tão espetacular como a força dos modernos supercomputadores.