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Jornal da Unicamp online

Projeto turbina capacidade computacional do Cenapad

Publicado em 08 março 2010

Por Luiz Sugimoto

Pesquisadores de todo o país que utilizam o sistema do Centro Nacional de Processamento de Alto Desempenho (Cenapad) de São Paulo, sediado na Unicamp, vão contar com uma capacidade computacional até 20 vezes maior a partir do segundo semestre deste ano. "É um projeto de 1,35 milhão de dólares, financiado pela Fapesp, visando melhorias na infraestrutura e aquisição de um equipamento com desempenho teórico mínimo de 20 teraflops, contra 1.5 teraflop de capacidade atual", afirma Edison Zacarias da Silva, professor do Instituto de Física Gleb Wataghin (IFGW) e coordenador do Cenapad-SP.

A medida de 1 Tflop equivale a um trilhão de operações por segundo. A computação de alto desempenho vem permeando quase todas as áreas da ciência no enfrentamento de desafios como a hidrodinâmica aplicada, projetos de aviões, modelagem global do ambiente, simulações de ecossistemas, previsões meteorológicas, processamento de imagens médicas digitais, biologia molecular, projetos de novas moléculas e medicamentos, otimização de processos em larga escala e nanociência.

Criado em 1994, o Cenapad-SP funciona no âmbito da Pró-Reitoria de Pesquisa (PRP) da Unicamp e está aberto a todas as instituições brasileiras, possuindo pesquisadores associados do Amapá ao Rio Grande do Sul. É um dos oito centros que compõem o denominado Sistema Nacional de Processamento de Alto Desempenho (Sinapad), implantado pelo Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT) por meio da Financiadora de Estudos e Projetos (Finep).

O sistema cooperativo, concebido com o propósito de elevar a competitividade científica do país, foi geograficamente distribuído para assegurar uma cobertura nacional. No período de 1998 a 2004, o Cenapad-SP viabilizou farta produção com 325 trabalhos publicados em revistas internacionais; participação em 272 congressos no Brasil e em 143 no exterior; e a defesa de 51 teses de mestrado e 50 de doutorado. Estudos foram destacados na capa da conceituada Physical Review Letters em duas ocasiões e também pela revista Pesquisa Fapesp.

Zacarias da Silva assumiu a coordenação do Cenapad da Unicamp quando os recursos do governo federal diminuíam e o sistema ficava desatualizado, obrigando à busca de uma solução para atender aos usuários. "Em 2005, através do Programa Multiusuário da Fapesp, adquirimos um novo equipamento que possibilitou quintuplicar nosso poder computacional, enquanto os outros centros só conseguiram atualizar seus equipamentos no ano passado".

Segundo o coordenador, esta injeção de recursos pela agência de fomento paulista representou a revitalização do Cenapad-SP, permitindo que os pesquisadores passassem a trabalhar mais e melhor. Dados fechados em 2009 indicam que, desde a criação do centro, a produção científica alcançou 689 publicações em revistas internacionais e 539 participações em congressos brasileiros e 244 em eventos internacionais; foram defendidas 90 teses de mestrado e 79 de doutorado.

O docente da Unicamp informa que o Cenapad-SP contribuiu na execução de aproximadamente 400 projetos, sendo que no momento 132 estão ativos, com 323 usuários acessando o sistema. "Em 2008, o governo concedeu a todos os centros do Sinapad o primeiro financiamento expressivo nesta década. Recebemos 400 mil dólares e adquirimos outra máquina, que elevou a capacidade de processamento para 1.5 teraflop. Ainda assim, temos fila de pesquisadores à espera de cálculos, o que prejudica o ritmo de trabalho".

Foi esta demanda e a alta produção que justificaram a apresentação à Fapesp do novo projeto - o primeiro foi um dos bem sucedidos do Programa Multiusuário - aprovado no final de 2009. "Esperamos comprar um equipamento com capacidade pelo menos quinze vezes maior, mas ainda não definimos todas as características do sistema, que pode ser ainda mais poderoso. Com a chamada dos fornecedores, vamos avaliar o que há de melhor no mercado. Fato é que, com esse sistema que pretendemos disponibilizar até julho ou agosto, os pesquisadores poderão sonhar mais alto em seus projetos".

Aplicações

De acordo com Edison Zacarias da Silva, o acesso ao sistema do Cenapad é feito remotamente, havendo uma grande maioria de usuários das áreas de física e química, embora existam aqueles das engenharias, biologia e medicina que dependem igualmente de simulações computacionais. "Vemos estudos muito intensos em nanociência, como das novas estruturas de carbono descobertas a partir de 1985 e que se tornaram vedetes nas pesquisas. Há trabalhos importantes também com nanofios metálicos de ouro e cobre".

O professor do IFGW explica que, antes, conhecia-se o carbono apenas nas formas do diamante, com sua estrutura dura e transparente, e do grafite, com suas folhas que vão sendo arrancadas conforme riscamos o lápis. "O nanotubo de carbono, por exemplo, é uma folha de grafite que se dobra em forma de tubo, como uma folha de papel que se fecha unindo seus lados. Por causa da sua resistência, os nanotubos trazem muita expectativa em relação a aplicações tecnológicas e já foram incorporados em materiais como de raquetes de tênis e esquis".

Em 2004, ainda conforme o coordenador do Cenapad-SP, pesquisadores demonstraram ser possível manter a folha de grafite estável, denominada grafeno, chegando às fitas e nanofitas de grafeno. "Sumio Iijima, o mesmo pesquisador japonês que descobriu os nanotubos, observou que ao irradiarmos essas fitas é possível obter fios de carbono que correspondem a cadeias formadas por uma linha de átomos de carbono. Nanotubos de carbono já estão compondo telas de computadores".

O Sistema Nacional de Processamento de Alto Desempenho (Sinapad) é formado pelos centros da Unicamp e das federais do Rio de Janeiro (UFRJ), Minas Gerais (UFMG), Rio Grande do Sul (UFRGS), Ceará (UFC) e Pernambuco (UFPE), e também do Centro de Previsão do Tempo e Estudos Climáticos (CPTEC) do INPE e do Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC) em Petrópolis. Parte deles, entretanto, começará a funcionar apenas dentro de alguns meses, com o financiamento concedido pelo MCT para atualização de equipamentos.

Foi por conta da modernização sucessiva do seu sistema computacional desde a criação em 1994, graças principalmente a aportes da Fapesp, que o Cenapad-SP pôde continuar atraindo usuários de todas as regiões do país. O número de horas de CPU usadas em processamento, que foi de pouco mais de 80 mil em 1995, chegou a quase 1,5 milhão em 2008.

Cerca de 47% dos usuários são do Estado de São Paulo, com destaque para Unicamp (17,7%) e USP (15,6%). No entanto, os 53% restantes vêm de todos os estados. Por área de conhecimento, prevalecem os pesquisadores de física (71,1%) e química (23,2%), vindo depois os das engenharias (2,5%), computação (0,6%) e biologia (0,4%), enquanto os demais representam 2,2%.

O professor Edison Zacarias da Silva, coordenador do Cenapad-SP, atenta para o alto índice de usuários gaúchos (17,3%), o que atribui à falta de atualização do equipamento da UFRGS, antes o mais moderno do país. "Em computação, a defasagem ocorre muito rapidamente e somente o nosso centro manteve máquinas de ponta. Agora que todos os centros receberam recursos para modernizar seus sistemas, haverá uma capacidade nacional instalada muito maior e a concentração em São Paulo tende a diminuir".

Entre os computadores de alto desempenho de maior capacidade no Brasil, Zacarias da Silva destaca o da UFRJ, de 80 teraflops, e outros da USP e UFAL, de 20 teraflops. A expectativa é que a potência do sistema do Cenapad da Unicamp salte de 1.5 para 22 teraflops, a maior entre os centros que formam o Sinapad. "Entretanto, mais importante que o número de teraflops é atender ao perfil dos usuários. Por vezes, sistemas superiores apresentam memória pequena por nó, o que nem sempre é útil aos trabalhos aqui desenvolvidos".

Nesse sentido, ao menos parte do novo sistema computacional do Cenapad-SP terá que ser de memória compartilhada, a exemplo do atual. "É um diferencial que os outros centros não possuem e que permite ao usuário rodar programas com uma grande quantidade de memória".

Zacarias da Silva acrescenta que a implantação desse tipo de projeto não é algo trivial, já que exigiu também a ampliação do espaço físico para as máquinas (de 80m2 para 100m2), além de sistema de refrigeração, gerador de eletricidade e nobreak novos. "Como dividimos o prédio com o Centro de Computação [CCUEC], todas as melhorias para receber novas máquinas são pensadas e realizadas conjuntamente pelas duas unidades da Unicamp".