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Sep 04, 2023

Limitando o carbono nos supercomputadores da Ásia

Design de processador cuidadoso, programação otimizada e forte suporte do governo

O design cuidadoso do processador, a programação otimizada e o forte suporte do governo estão ajudando a tornar os ecossistemas de computação de alto desempenho mais sustentáveis.

AsianScientist (11 de abril de 2023) - Quando a Pixar e a Disney compartilharam pela primeira vez um vislumbre de seu filme de animação Monsters University de 2013, os fãs rapidamente notaram um detalhe impressionante: o pelo que cobria Sulley, um dos dois protagonistas do filme, era extremamente realista.

Milhões e milhões de minúsculos fios de pelo balançavam de forma convincente sempre que o gentil gigante movia seus membros, e até mesmo se agitavam sob uma camisa justa, exatamente como você esperaria. O segredo dos animadores? Um supercomputador que estaria classificado entre os mais rápidos do mundo na época, redesenhando automaticamente cada fio de pelo e deixando-o captar e refletir a luz a cada quadro de movimento.

Computadores de mesa comuns não têm capacidade de processamento para executar esse tipo de animação - na verdade, até mesmo as versões mais sofisticadas teriam problemas com isso. Mas os animadores revelaram que Sulley e outros monstros do filme, junto com cada textura, sombreamento e quadro, devem sua existência nítida e vívida à computação de alto desempenho (HPC).

Capaz de lidar facilmente com bilhões de cálculos, esse é o mesmo tipo de tecnologia que está sendo aproveitada para prever tsunamis, turbinar a inovação em saúde e estudar a origem de buracos negros supermassivos. Combinando processadores poderosos, software sofisticado e outras tecnologias de computação de ponta, a HPC emprega milhares de nós de computação trabalhando simultaneamente para concluir tarefas de computação extremamente complexas muito mais rapidamente do que um computador comum.

Há apenas um problema. Com grande poder de computação vem grande responsabilidade de energia. Mesmo que os sistemas HPC estejam ajudando a resolver alguns dos problemas mais prementes da sociedade na década desde a Monsters University, eles apresentam outro problema: sua enorme pegada de carbono.

Para equilibrar o poder de computação e a sustentabilidade, os supercomputadores em toda a Ásia estão sendo cada vez mais projetados com processadores e programação com maior eficiência energética. Enquanto isso, os governos estão despertando para a necessidade de fontes e políticas de energia mais sustentáveis ​​à medida que moldam seus crescentes ecossistemas de HPC.

Um dos principais impulsionadores das emissões de carbono de HPC são suas altas demandas de energia. Afinal, é preciso haver um fluxo confiável e robusto de energia para suportar esse intenso poder de computação. O sistema HPC por trás da Monsters University, por exemplo, compreendia 2.000 computadores totalizando 24.000 núcleos. Apesar desse poder de computação, o filme ainda levou mais de 100 milhões de horas de CPU para renderizar totalmente. Enquanto isso, a conta de energia da Pixar não parava de aumentar.

Além disso, o sistema Frontier, o supercomputador mais poderoso do mundo em novembro de 2022, precisa de mais de 20 MW de energia para seus mais de 8,7 milhões de núcleos – o suficiente para abastecer cerca de 52.600 residências em Cingapura por um mês.

Ao todo, apenas alimentar os 500 maiores supercomputadores do mundo bombeia cerca de dois milhões de toneladas métricas de dióxido de carbono por ano, o equivalente a aproximadamente 285.000 residências.

Além disso, qualquer contabilidade honesta do custo ambiental dos sistemas HPC deve fazer um balanço de todo o ecossistema de tecnologias que o suportam. Afinal, as próprias máquinas de computação formam apenas uma, embora central, parte da equação.

A maior parte da energia que flui para os supercomputadores é dissipada na forma de calor. Para gerenciar as temperaturas e garantir que as máquinas continuem funcionando corretamente, as instalações de computação empregam elaborados mecanismos de resfriamento, que geralmente consomem muita energia.

Outra fonte periférica de emissões de carbono em sistemas HPC são os dados. A Agência Internacional de Energia estimou que, em 2021, os data centers em todo o mundo usaram cerca de 220 a 321 TWh de energia – o suficiente para eclipsar o consumo de alguns países. Dada a crescente dependência mundial de sistemas HPC, o professor Tan Tin Wee, executivo-chefe do Centro Nacional de Supercomputação (NSCC) de Cingapura, previu que até 10% do consumo mundial de energia virá de operações de data center no futuro. "O consumo de energia será um grande problema", disse Tan à Supercomputing Asia.