Os supercomputadores são o auge da tecnologia de computação, capazes de processar grandes quantidades de dados e realizar cálculos complexos em alta velocidade. Estas máquinas de alto desempenho são utilizadas para uma ampla gama de aplicações, desde pesquisas científicas até simulações de segurança nacional, modelagem climática, design industrial e inteligência artificial (IA).
A crescente demanda por grandes volumes de poder de computação baseado em nuvem está trazendo tecnologias de supercomputação para data centers em hiperescala. E a rápida adoção da IA provavelmente verá mais supercomputadores sendo construídos em todo o mundo.
Por exemplo, o governo do Reino Unido acaba de anunciar planos para investir £ 900 milhões em um novo supercomputador que será um dos mais poderosos da Europa para impulsionar a investigação e inovação do Reino Unido para a utilização potencial e segura da tecnologia de IA.
O cluster compreenderá milhares de unidades de processamento gráfico (GPUs) para treinar os grandes modelos de linguagem (LLMs) que hoje impulsionam a pesquisa e o desenvolvimento de IA.
À medida que o Reino Unido pretende construir um dos primeiros supercomputadores abertos de IA do mundo, surge a questão: onde estão os supercomputadores mais rápidos do mundo e quantos existem?
Definindo Supercomputadores
Antes de nos aprofundarmos nos números, é importante entender o que diferencia um supercomputador de um computador de alto desempenho.
Os supercomputadores são normalmente caracterizados pelo seu excepcional poder de processamento. Sua velocidade é medida em operações de ponto flutuante por segundo (flops), que se refere a quantos cálculos aritméticos eles podem realizar. Embora não exista um limite estrito que separe um supercomputador de um sistema normal de computação de alto desempenho (HPC), os supercomputadores geralmente são capazes de funcionar a velocidades medidas em teraFLOPs (trilhões) e petaFLOPs (quadrilhões).
Os supercomputadores são usados para uma ampla gama de aplicações por governos, instituições de pesquisa e corporações industriais. Eles variam em tamanho, desde dispositivos de grande escala até dispositivos de pequena escala. Existem tantos supercomputadores hoje que é difícil identificar o número exato. Além disso, alguns sistemas não são conhecidos publicamente por razões de segurança nacional, geopolíticas ou competitivas.
No entanto, o Projeto TOP500 classifica semestralmente os 500 supercomputadores mais poderosos do mundo com base em seu desempenho no benchmark Linpack, que mede a velocidade com que um computador pode resolver um sistema de equações lineares. Isso fornece uma maneira padronizada de comparar as capacidades dos supercomputadores.
Onde estão os supercomputadores mais rápidos do mundo?
Os 500 supercomputadores mais rápidos estão espalhados por 34 países, dos quais 27 países possuem mais de um sistema. De novembro de 2017 a novembro de 2022, a China teve o maior número de supercomputadores.
Mas a partir de junho de 2023, os EUA retomaram a primeira posição na lista Top500 com 150 supercomputadores. A China tem 134 e é seguida pela Alemanha, que tem 36 supercomputadores. O Japão e a França completam o top cinco, com o Reino Unido, Canadá, Brasil, Coreia do Sul e Holanda completando o top 10.
Os EUA também são líderes em termos de desempenho, medido pelo desempenho máximo do Linpack alcançado (Rmax) em 2.400.757 teraFLOPS (TFLOPS). Isso está bem à frente dos 465.824 TFLOPS da China.
O sistema Frontier do Oak Ridge National Laboratory (ORNL) no Tennessee, EUA, é a única máquina exascale relatada com um Linpack de alto desempenho (HPL) superior a um Exaflop por segundo (1 EFLOP/s).
O sistema é baseado na arquitetura HPE Cray EX235a e está equipado com processadores AMD EPYC 64C 2 GHz e 8.699.904 núcleos no total. A Frontier aumentou seu HPL de 1,02 EFLOP/s em novembro de 2022 para 1,194 EFLOP/s em junho, um aumento de 17%. A Exascale era vista apenas como uma meta aspiracional há apenas alguns anos, indicando o ritmo rápido do desenvolvimento tecnológico.
O supercomputador mais rápido era anteriormente o sistema Fugaku 442 PFLOP/s no Riken Center for Computational Science (R-CCS) em Kobe, Japão, de junho de 2020 a junho de 2022. Fugaku é alimentado pelo sistema A64FX de 48 núcleos da Fujitsu no chip (SoC ), tornando-o o primeiro sistema número um a ser equipado com processadores ARM.
O supercomputador Summit no ORNL ocupou o primeiro lugar de junho de 2018 até novembro de 2019 com um desempenho de 122,3 PFLOP/s e agora está na quinta posição com um desempenho atualizado de 148,60 PFLOP/s. O supercomputador Sunway TaihuLight no Centro Nacional de Supercomputação na cidade de Wuxi, China, foi o mais rápido de junho de 2016 a novembro de 2017 e agora ocupa o sétimo lugar com uma velocidade de 93,01 PFLOP/s.
O desenvolvimento de supercomputadores na China foi afectado pelas sanções dos EUA ao seu acesso a equipamentos semicondutores e outras tecnologias avançadas que podem ter aplicações militares ou de inteligência.
No entanto, existem relatórios que a China possui outros supercomputadores avançados que não são referenciados, mas que são evidentes a partir de resultados científicos publicados em artigos de investigação.
Requisitos de energia impulsionam a eficiência energética
Os supercomputadores e os HPC enfrentam custos de energia crescentes, especialmente à medida que aumenta a procura de recursos para IA, aprendizagem automática e análise de dados de alto desempenho (HPDA). As novas unidades centrais de processamento (CPUs) e GPUs consomem mais energia do que os modelos mais antigos. As preocupações em torno das emissões de carbono (CO2) e as regulamentações governamentais estão a impulsionar ainda mais os movimentos no sentido da eficiência energética e da sustentabilidade.
Publicado juntamente com a lista Top500, o Lista Green500 classifica os supercomputadores mais poderosos do mundo pela sua eficiência energética. Os dois supercomputadores mais eficientes estão nos EUA, seguidos por sistemas na França, Austrália e Suécia. Os supercomputadores na Finlândia e na Alemanha contribuem para o top 10.
O desempenho HPL dos sistemas de topo mostra que a vasta capacidade energética não tem de ser feita à custa da utilização eficiente da energia. Por exemplo, o supercomputador LUMI na Finlândia é o supercomputador mais rápido da Europa e o terceiro mais rápido do mundo, com um Rmax de 309,10 PFLOP/s. O sistema, em pleno funcionamento desde dezembro de 2022, é o sétimo mais eficiente da lista Green500, com eficiência de 51.382 GFLOPs por watt.
A LUMI é totalmente alimentada por energia hidrelétrica livre de CO2 e utiliza sistemas naturais de resfriamento de água para resfriar seus processadores. Além disso, todo o calor residual que produz é reutilizado para fornecer aquecimento urbano local na sua cidade natal, Kajaani. O supercomputador Leonardo na Itália é o quarto mais rápido do mundo e o 15ºº mais eficiente em termos energéticos. Todos os seis supercomputadores da Empresa Comum Europeia de Computação de Alto Desempenho (EuroHPC) (JU) são refrigerados a água para melhorar a sua eficiência energética e visam funcionar da forma mais sustentável possível.
Enquanto isso, o supercomputador Frontier nos EUA é classificado como o sexto mais eficiente em termos energéticos, com uma classificação de 52,59 GFLOPs/watt, apesar da sua pontuação HPL de 1,194 EFLOP/s.
O resultado final
Os supercomputadores desempenham um papel vital no avanço da ciência, da tecnologia e da inovação em diversas aplicações na ciência, na academia, nas forças armadas e na indústria. O número de supercomputadores no mundo é um número dinâmico que muda à medida que a tecnologia avança e novas máquinas são introduzidas.
À medida que a tecnologia continua a evoluir com a crescente procura de capacidade de computação em nuvem e IA, espera-se que o número de supercomputadores cresça, expandindo ainda mais as fronteiras do que é possível na ciência e engenharia computacional.