Supercomputadores estão para o seu computador, assim como um foguete espacial está para o seu carro. Essas máquinas ocupam o equivalente a um andar de um prédio comercial e são formadas por milhares de processadores interconectados de forma única, sobre os quais rodam programas especificamente elaborados para eles. É pouco provável que você tenha visto algum, mas é praticamente certo que você use o poder de vários deles. Para ficar nos exemplos mais óbvios, Google, Instagram, Netflix, Amazon e Spotify somente “funcionam” porque são amparados por capacidade computacional colossal, uma área de estudo que a Ciência da Computação chama de Computação de Alto Desempenho.

O próprio campo de fazer ciência está sendo revolucionado pelos supercomputadores. As etapas fundamentais do método científico consistem em observar um fenômeno e seus componentes, formular hipóteses sobre relações de causa e efeito, conduzir experimentos e perseguir uma formulação que simule a realidade. Com apoio dos supercomputadores, hoje é possível a introdução de uma etapa totalmente nova: a simulação preditiva, por meio da qual algoritmos baseados em Inteligência Artificial identificam de forma autônoma o que pode acontecer, tendo em vista os dados históricos, as relações entre as variáveis e os condicionantes do próprio sistema. Com base nas hipóteses geradas, são implementados protótipos e rapidamente se avança em direção à escala, caso o teste seja satisfatório. É assim hoje que as farmacêuticas descobrem novas drogas, o Google otimiza constantemente seu algoritmo de busca, Netflix, Amazon, Spotify, Tinder e tantos outros oferecem experiências de uso individuais, para milhões de clientes ao mesmo tempo.

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O desempenho de um supercomputador é medido pela quantidade de operações algébricas executadas em um segundo (FLOPS, na sigla em inglês). O primeiro supercomputador (Cray-2, em 1985) tinha capacidade de 1 giga FLOP, ou 1 bilhão de operações por segundo. Somente como comparação, o iPhone 14 Pro tem capacidade de 2.000 gigaFLOPS (ou 2 teraFLOPS – absurdos dois trilhões de operações por segundo).

Oficialmente em 30 de maio de 2022 entramos na era da computação em exaescala, com o lançamento do Frontier, um supercomputador do Departamento de Energia dos EUA. A máquina é capaz de executar pouco mais de 1 exaFLOP, um quintilhão de operações por segundo. Sim, quintilhão. São aproximadamente 600 mil CPUs e 8 milhões de unidades de processamento gráfico, rodando sobre 4,6 petabytes de memória RAM. O Frontier, um projeto de mais de R$3 bilhões, é duas vezes mais rápido do que o segundo na lista dos 500 mais rápidos do mundo.

Exemplo de aplicação. O design e o posicionamento das turbinas são fundamentais para o projeto de um parque eólico. O arrasto aerodinâmico produzido por um aerogerador (chamado “efeito esteira”) intensifica os níveis de turbulência do ar no entorno do equipamento, diminuindo a eficiência aerodinâmica em até 40%, além de reduzir a vida útil das máquinas. Embora exista muita pesquisa na área, o problema ainda é complexo e desafiador. A simulação do comportamento das turbinas em uso e da dinâmica do sistema pode guiar não apenas uma nova geometria dos aerogeradores, mas também o posicionamento de cada uma em um parque eólico incrivelmente eficiente.

Uma nota final sobre geopolítica:
Em 2015 os EUA tinham quase o dobro de supercomputadores do que os chineses na lista dos 500 maiores do mundo. Hoje a China tem 173 nessa lista, contra 128 nos Estados Unidos (o Brasil tem 33). A computação de alto desempenho é uma capacidade nacional estratégica e seu principal insumo é a criatividade e a capacidade de realização daqueles que dedicam sua vida à ciência. O futuro continua sendo feito por nós, ainda bem.

*Parte desse texto foi escrito com apoio da plataforma ChatGPT3