Correndo para se igualar com o crescente poder de computação da China, os EUA traçam o projeto da computação em exaescala

De Robert F. Service para a Science Quase completo, o supercomputador Summit de 200-petaflop será um prelúdio para a A21, o primeiro computador dos Estados Unidos em exaflop. Em 1957, o lançamento do satélite Sputnik deixou a União...

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De Robert F. Service para a Science

Quase completo, o supercomputador Summit de 200-petaflop será um prelúdio para a A21, o primeiro computador dos Estados Unidos em exaflop.

Em 1957, o lançamento do satélite Sputnik deixou a União Soviética na liderança da corrida espacial e deixou os Estados Unido em alerta. Pesquisadores da área da supercomputação dos Estados Unidos estão hoje enfrentando seu próprio momento Sputnik: desta vez com a China. Depois de dominar os rankings de supercomputação há décadas, os Estados Unidos estão agora tão atrasados que o poder combinado das duas primeiras máquinas na China ultrapassa facilmente o dos vinte e um supercomputadores operados pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos (DOE, sigla inglesa para U.S. Department of Energy), o maior financiador da supercomputação no país.

Mas agora, os pesquisadores de supercomputadores dos Estados Unidos estão revigorando. Engenheiros do Oak Ridge National Laboratory no Tennessee, órgão do DOE, quase completaram o Summit, um computador com o dobro do poder da máquina chinesa de maior poder computacional, o supercomputador Sunway TaihuLight em Wuxi. Quando esta versão estiver pronta, o Summit produzirá 200 milhões de bilhões de operações de ponto flutuante por segundo (petaflops). Ainda mais promissores, os cientistas estão se reunindo em Knoxville, no Tennessee, nesta semana para dar uma primeira olhada detalhada sobre os projetos para o próximo gigante dos EUA, seu primeiro supercomputador 1000-petaflop — 1 exaflop ou exaescala —, a ser construído até 2021 no Argonne National Laboratory em Lemont, Illinois. Essa data é quase dois anos antes do planejado. “É uma época muito emocionante”, diz Aiichiro Nakano, físico da Universidade do Sul da Califórnia, em Los Angeles, que usa supercomputadores para modelar materiais feitos por camadas de partículas atômicas como o grafeno.

Chamado de A21, o computador do laboratório Argonne será construído por Intel e Cray e espera-se que o A21 supere as simulações de tudo, desde a formação de galáxias até os fluxos turbulentos de gás na combustão. “Com a exaescala podemos colocar muito mais física lá dentro”, diz Choong-Seock Chang, um físico na Princeton Plasma Physics Laboratory, em Nova Jersey, que planeja usar o A21 para modelar a física de plasma dentro de um reator de fusão.

A China e, possivelmente, o Japão ainda podem alcançar a terra prometida da exaescala primeiro. Mas se for concluído dentro do cronograma, o A21 poderia evitar que os Estados Unidos ficassem muito para trás. O ritmo mais rápido reflete uma mudança de estratégia adotada por funcionários do DOE no outono passado. Inicialmente, a agência criou uma abordagem de “duas pistas” para superar os desafios de uma máquina exascale, em particular um apetite potencialmente voraz por eletricidade que poderia exigir a energia de uma pequena usina nuclear.

A agência havia financiado duas máquinas, ambos passos significativos para a computação exaescala, os quais adotariam diferentes abordagens para reduzir a demanda de energia. A IBM e seu parceiro NVIDIA, os fabricantes do Summit, se concentraram em unir unidades de processamentos centrais (CPU’s) com unidades de processamento gráfico, que são mais rápidas e eficientes para efetuar os cálculos envolvidos em simulações visuais complexas. A Intel e a Cray, por sua vez, têm procurado aumentar o número de “núcleos” (ou “cores”) de CPU operando em paralelo e criando links rápidos entre eles. A estratégia deles estava destinada à construção, no Argonne, de um irmão de 180 petaflop do Summit, chamado de Aurora.

Em 2015, o DOE esperava que o Aurora estivesse concluído neste ano, com a primeira máquina em exaescala dos EUA aparecendo em 2023. Então a China anunciou um plano de cinco anos que definiu o objetivo de uma máquina exaescala até o final de 2020. Os Estados Unidos não estavam apenas ficando para trás, estava prestes a rodarem.

 

Scaling up - Science“Houve muito estresse no DOE, na Agência Nacional de Segurança Nuclear e na indústria”, diz Chang. O DOE mudou de rumo. Destruiu os planos para o Aurora e substituiu-o pelo A21, uma máquina cinco vezes maior. Isso empurrou a data de lançamento de volta para 2021, mas já que era para ser a primeira máquina em exaescala dos EUA, também efetivamente jogou a linha de tempo dos Estados Unidos para dois anos à frente.

Ignorar o passo intermediário de construção do Aurora é arriscado, diz Kenneth Jansen, engenheiro aeroespacial da Universidade do Colorado em Boulder. “Isso significa que um dos passos não vai estar lá”. Ainda assim, outros dizem que é um risco que vale a pena correr. “Esta é a maneira correta de fazê-lo”, diz Thom Dunning, um químico computacional da Universidade de Washington em Seattle.

Os detalhes da arquitetura do A21 permanecem cuidadosamente guardados para proteger a tecnologia proprietária. Mas os cientistas que escrevem software para a nova máquina receberão instruções detalhados sobre a nova arquitetura depois de assinarem acordos de não divulgação. Algumas das primeiras reuniões de instrução estará ocorrendo esta semana em Knoxville, na segunda reunião anual do projeto Exascale Computing.

Um desafio externo poderia ser dinheiro. O Congresso dos Estados Unidos ainda não aprovou o orçamento fiscal de 2018 e, em vez disso, financiou o governo do país através de uma série de resoluções contínuas que mantêm níveis de financiamento iguais aos do ano anterior, ao mesmo tempo que proíbem o lançamento de novos projetos, como a construção da máquina A21. Por enquanto, isso não é um problema, porque o DOE ainda é capaz de suportar os desenvolvimentos científicos subjacentes como parte do seu Exascale Computing Project existente, diz Jack Dongarra, especialista em supercomputação da Universidade do Tennessee, em Knoxville. Mas em breve será hora de começar a fabricar os chips para o A21, que deverá custar entre 300 s e 600 milhões de dólares, de acordo com a Hyperion Research, empresa de pesquisa de mercado. “Em 2021, o orçamento estará lá para fazer isso?”, pergunta Horst Simon, especialista em supercomputação e vice-diretor do Lawrence Berkeley National Laboratory em Berkeley, Califórnia. “Eu não sei.”

O computador exaescala planejado pela China ameaça a posição de ponta do Summit 

Neste verão, quando os engenheiros lançaram a mudança sobre o Summit, um supercomputador sendo montado no Laboratório Nacional Oak Ridge no Tennessee, espera-se que a máquina seja a mais poderosa do mundo. Isso retornaria os Estados Unidos ao topo do ranking da supercomputação pela primeira vez desde junho de 2013, quando perdeu o primeiro lugar para o Tianhe-2, uma máquina instalada no Centro Nacional e Supercomputadores da China, em Guangzhou.

“É Claro que esperávamos que pudéssemos ter [a máquina superior] por mais tempo”, diz Depei Qian, cientista de informática da Universidade Beihang, em Pequim. “Mas as agências governamentais entendem que nenhum país pode ser o No. 1 para sempre”.

No jogo global de saltos e ultrapassagens da supercomputação, a China provavelmente retomará o título dos Estados Unidos quando construir o primeiro computador exaescala: uma máquina capaz de 1 bilhão de bilhões de operações de ponto flutuante por segundo, ou 1 exaflop. Sob o 13º Plano Quinquenal do país, lançado em 2015, a China está empenhada em lançar o seu primeiro supercomputador exaescala até o final de 2020. Isso poderia significar um ano inteiro antes do A21, o primeiro supercomputador exaescala dos EUA, previsto para ser lançado em 2021. O Japão também está mirando para uma máquina exaescala com um sucessor de seu supercomputador K no RIKEN Advanced Institute for Computational Science em Kobe, embora o chefe do projeto tenha dito que a entrega da máquina poderia deslizar para 2021 ou 2022. Finalmente, a União Europeia poderia atravessar o limiar exaescala em 2021, de acordo com a empresa de pesquisa de mercado Hyperion Research.

Mas isso não representará o final da corrida. Os quatro poderosos da supercomputação estão convencidos de que precisam empurrar as fronteiras para competir em uma ampla gama de disciplinas científicas, tecnologia de defesa, tecnologia industrial e produtos de informática. “Todo mundo está se movendo o mais rápido possível”, diz Jack Dongarra, um especialista em supercomputas da Universidade do Tennessee, em Knoxville, que acompanha de perto os esforços internacionais de supercomputação. E uma vez que atravessam um limiar, ele diz: “então, vamos para o próximo”.

De Robert F. Service para a Science. Com cobertura adicional de Dennis Normile. Texto traduzido por Diógenes Henrique do original “Racing to match China’s growing computer power, U.S. outlines design for exascale computer”. Robert “Bob” F. Service é repórter da Science em Portland, Oregon, que cobre química, ciência de materiais e energia.

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