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Os 10 supercomputadores mais rápidos do mundo

Conheça o ranking atual dos 10 supercomputadores mais rápidos do mundo e em que setores eles atuam de forma eficaz
(Imagem: Renata Mendes Gonçalves/Olhar Digital/Dall-E)

Se já achamos que nossos computadores domésticos estão cada vez mais potentes, o que dizer dos supercomputadores mais rápidos existentes atualmente? Pense em uma máquina com desempenho extremamente elevado, este é o supercomputador. A velocidade de processamento deles pode ser milhares ou milhões de vezes superior à de um PC doméstico. 

São utilizados em várias áreas como na mecânica quântica, previsão do tempo, exploração de petróleo e gás, modelagem molecular, simulações físicas, aerodinâmica, pesquisa de fusão nuclear e criptoanálise. Os supercomputadores são tão potentes que podem realizar milhões, bilhões e até trilhões de cálculos por segundo, dependendo da sua estrutura de hardware e do seu tipo de uso. São máquinas equipadas com várias CPUs, memórias e núcleos e são usados para fins científicos e de engenharia.

Um supercomputador moderno trabalha de forma mais rápida ao dividir os problemas matemáticos em partes iguais e executando os cálculos nessas partes simultaneamente. 

Conheça agora os 10 supercomputadores mais rápidos do mundo, segundo site Top500 (confira no link todas as especificações técnicas e o ranking completo).

1- Frontier

O Frontier é o supercomputador mais rápido do mundo, desenvolvido pela Oak Ridge em parceria com HPE Cray e AMD. Está hospedado no Oak Ridge Leadership Computing Facility (OLCF), no Tennessee (EUA). Possui uma velocidade de 1,102 quintilhões de operações de ponto flutuante por segundo. É baseado no Cray EX e é o sucessor do Summit (OLCF-4). 

A exaescala é o próximo nível de desempenho computacional. Ao resolver cálculos cinco vezes mais rápido do que os supercomputadores atuais – excedendo um quintilhão, ou 10 18 , de cálculos por segundo – o Frontier permitirá que os cientistas desenvolvam novas tecnologias para energia, medicina e materiais.

O primeiro lugar entre os supercomputadores mais rápidos do mundo é composto por 74 torres HPE Cray EX que, juntas, abrigam 9.408 nós. Cada nó é composto por uma CPU AMD Epyc de terceira geração e quatro aceleradores gráficos AMD Instinct MI250X. O Frontier tem 602.112 núcleos de processamento. 

O Frontier é um dos sistemas mais verdes e foi reconhecido como uma das melhores invenções de 2023 pela TIME. É também um sistema de próxima geração e o mais rápido para ciência aberta. É energeticamente eficiente devido às suas capacidades de arrefecimento líquido. 

O Frontier permitirá que os cientistas desenvolvam novas tecnologias para energia, medicina e materiais. Entregue em 2021 e aberto para operações iniciais em 2022, o Frontier está acelerando a inovação em ciência e tecnologia e mantendo a liderança dos EUA em computação de alto desempenho e inteligência artificial.

O supercomputador promete aos usuários a possibilidade de modelar toda a vida útil de um reator nuclear, descobrir a genética de doenças e aproveitar os desenvolvimentos recentes em ciência e tecnologia para integrar ainda mais a inteligência artificial com análise de dados, modelagem e simulação. Assista o vídeo sobre o Frontier clicando aqui.

2- Aurora

O Aurora é um supercomputador patrocinado pelo Departamento de Energia dos EUA e concebido pela Intel e Cray para o Argonne National Laboratory, que fica em Lemont, Illinois. É o segundo supercomputador mais rápido do mundo desde 2023. Espera-se que, após a otimização do seu desempenho, exceda 2 ExaFLOPS, tornando-se o computador mais rápido. 

É um supercomputador HPE Cray com infraestrutura adicional de computação e aceleradores fornecida pela Intel. O Aurora tem capacidades de alta velocidade de computação e inteligência artificial que permitirão a ciência que é impossível hoje. O Aurora será capaz de fornecer mais de 2 exaFLOPS de potência de computação, ou 2 bilhões de bilhões de cálculos por segundo.
 
É um dos primeiros computadores exascala do país e tem vantagens como um supercomputador de próxima geração, incluindo os seus poderosos processadores gráficos Intel, que são particularmente úteis para cargas de trabalho envolvendo IA, aprendizagem automática e grandes dados. 

3- Eagle

O Eagle é um supercomputador da Microsoft, hospedado na plataforma de nuvem Azure. Está no Laboratório Nacional de Energia Renovável (NREL) do Departamento de Energia dos EUA (DOE), em Golden, no Colorado.  O sistema tem um desempenho máximo de 561 petaFLOPS e contém 1,12 milhões de núcleos de computação. O Eagle também tem acesso a grandes modelos de linguagem, como o GPT-4 da OpenAI, hospedado na nuvem Azure.

É considerado o sistema voltado para nuvem mais poderoso do mundo. A Microsoft abriu o uso da plataforma de nuvem Azure para aqueles que desejam aproveitar seus enormes níveis de desempenho e executar cargas de trabalho de computação de alto desempenho (HPC).

Está configurado para executar trabalhos de computação paralela e com uso intensivo de computação. É um cluster composto por 2.604 nós (servidores) que rodam o sistema operacional Linux (Red Had Linux ou distribuição derivada CentOS), com desempenho máximo de 8 PetaFLOPS (operação de ponto flutuante por segundo).

Os nós são conectados entre si e ao armazenamento por uma rede EDR InfiniBand de 100 Gb/s de alta velocidade. Todos os nós e armazenamento são conectados usando uma topologia aprimorada de hipercubo de 8 dimensões que fornece uma largura de banda de bissecção de 26,4 terabytes/s.

O Eagle possui sistemas de arquivos de rede para diretórios iniciais e software de aplicação, bem como um sistema de arquivos Lustre de alta velocidade de 14 petabytes para E/S paralela.

4- Fugaku

O Fugaku está localizado em Kobe, no Japão e está entre os supercomputadores mais rápidos do mundo, ocupando a quarta posição atualmente. Possui mais de 7 milhões de núcleos e capacidade para realizar mais de 442 quatrilhões de cálculos por segundo. 

O Fugaku foi desenvolvido pela RIKEN e pela Fujitsu desde 2014 e foi concluído em março de 2021. O supercomputador foi utilizado para visualizar como as gotículas que podem transportar o coronavírus se espalham pela boca e para ajudar a explorar possíveis tratamentos para a COVID-19. 

O Fugaku foi o primeiro computador baseado em arquitetura ARM a ser considerado o supercomputador mais rápido do mundo até 2022. Ele opera a partir de processadores Fujitsu A64FX, que são CPUs da ARM personalizadas, formando ao todo 158.976 nós.

É usado também para executar programas em áreas como medicina personalizada e preventiva, previsão do tempo e clima, e desenvolvimento de energia limpa.

5- Lumi

O LUMI (Large Unified Modern Infrastructure) é um supercomputador petascale localizado no centro de dados CSC em Kajaani, na Finlândia. Em novembro de 2022, era o terceiro supercomputador mais rápido do mundo e o mais rápido da Europa. O LUMI também é considerado um dos supercomputadores mais ecológicos do mundo. 

Tem uma capacidade de computação sustentada de 375 PetaFLOPS, o que equivale a uma capacidade de computação teórica de mais de 550 PetaFLOPS. Conta com arquitetura HPE Cray EX235a, além de processadores AMD EPYC de terceira geração otimizados e GPU AMD Instinct MI250X.

É um supercomputador Cray EX fornecido pela Hewlett Packard Enterprise (HPE) e hospedado pelo CSC – IT Center for Science. O LUMI é construído com base na sustentabilidade ambiental e na eficiência de custos de classe mundial. Por conta disso, destaca-se o funcionamento com energia hidroelétrica e avançado sistema de refrigeração. Thomas Schulthess, diretor da CSCS, afirma que a Finlândia, que produz eletricidade barata e livre de CO², é um local ideal para instalar um sistema tão grande e de classe líder.

Está sendo utilizado para investigação climática, investigação do câncer e descoberta de materiais para promover a energia limpa e os veículos com emissões zero. Veja o vídeo de apresentação aqui.

6- Leonardo

O supercomputador Leonardo foi inaugurado no Technopolis de Bolonha, na Itália, em novembro de 2022. Considerado atualmente o sexto computador mais poderoso do mundo, apresenta um sistema de supercomputação, desenvolvido e montado na Europa. É um dos três sistemas pré-exaescala anunciados pela EuroHPC Joint Undercoming..

É um supercomputador gerido pela Cineca em novo centro de dados em Bolonha. É baseado na tecnologia Atos BullSequana XH2000 e tem quase 14.000 GPUs baseadas na arquitetura NVIDIA Ampere e NVIDIA Mellanox HDR InfiniBand e é capaz de 250 PetaFLOPS.

Seu peso total é de 340 toneladas, incluindo metal, chips e vários cabos. É suportado por um piso flutuante atravessado por quatro túneis tecnológicos que ligam a máquina a outras tantas estações de refrigeração. 

Tem uma topologia Dragonfly+ baseada na interconexão NVIDIA Mellanox HDR 200Gb/s InfiniBand. Tem motores de aceleração de computação em rede inteligente que permitem uma latência extremamente baixa e uma elevada transferência de dados para fornecer o melhor desempenho e escalabilidade de aplicações IA e HPC.

Leonardo está ajudando na mitigação e gestão de riscos devido a situações extremas, eventos naturais, terremotos, tsunamis, eventos vulcânicos, inundações repentinas, para o combate a situações pandêmicas e epidêmicas.

7- Summit

Criado em 2018, já foi considerado o supercomputador mais rápido do mundo. O Summit é um sistema de 13 MW que possui 9.216 processadores IBM Power 9 e 27.648 GPU Nvidia Volta em 4.608 servidores, conectados através da interconexão NVLink da Nvidia. Seus nós estão conectados através da rede EDR InfiniBand de trilho duplo Mellanox, entregando 200 Gbps a cada servidor.

Em fevereiro de 2024, a empresa de engenharia quântica Riverlane e a empresa de computação quântica Rigetti anunciaram que se associariam com o Laboratório Nacional Oak Ridge para um projeto que explora a integração de computadores quânticos com centros de supercomputação em grande escala.

As empresas construirão a primeira suíte de avaliação comparativa da indústria, chamada QStone, para medir o rendimento dos sistemas quânticos e de computação de alto rendimento (HPC) e compreender melhor como as tecnologias de correção de erros quânticos interagem com um sistema HPC quando se integram com hardware quântico.

Assim, foi ampliada a vida útil do supercomputador Summit no Leadership Computing Facility (OLCF) do Laboratório Nacional Oak Ridge, localizado no Tennessee (EUA), por mais um ano. Originalmente, estava programado para ser encerrado no início de 2024, e, atualmente, ocupa a 7ª posição na lista Top 500. Agora contará com um novo programa, o SummitPLUS, que permitirá que o supercomputador continue em funcionamento até o fim de 2024.

Devem ser executados mais de 100 projetos de pesquisa no Summit durante seu ano adicional de vida, e o sistema também atuará como fornecedor de recursos para o Recurso Nacional de Pesquisa de IA (NAIRR), um plano piloto de dois anos para democratizar o acesso à tecnologia de IA e pesquisa.

O NAIRR foi lançado pela Fundação Nacional de Ciências dos EUA (NSF) em colaboração com dez agências federais associadas, entre elas o Departamento de Energia e o Instituto Nacional de Saúde.

8- Perlmutter

O Perlmutter é o oitavo supercomputador mais rápido do mundo. Está localizado no Centro Nacional de Pesquisa de Energia (National Energy Research Scientific Computing Center), em Berkley, nos Estados Unidos, e foi criado em parceria entre a HPE, NVIDIA e AMD. 

O Perlmutter foi lançado em maio de 2021 e, na época, foi anunciado como o supercomputador de inteligência artificial mais rápido do mundo. A máquina promete avançar em uma das questões mais importantes da astrofísica e também na pesquisa de interações atômicas que permitam criar melhores baterias e biocombustíveis. O novo supercomputador promete ajudar a criar o maior mapa 3D do universo de todos os tempos.

Na criação do mapa 3D do universo, o supercomputador vai processar dados do Instrumento Espectroscópico de Energia Escura (DESI), um tipo de câmera cósmica que pode capturar até 5.000 galáxias em uma única exposição. A velocidade das GPUs do Perlmutter permite a captura de dezenas de exposições de uma noite para saber para onde apontar o DESI na noite seguinte.

Mais de 20 aplicativos estão preparados para usar as 6.159 GPUs A100. Segundo a AMD, além das GPUs, a máquina tem 1.536 nós, cada um com um processador Epyc 7763 de 64 núcleos. O resultado é um sistema com quase quatro exaflops de desempenho (mais 35 petabytes de armazenamento) para executar com tarefas de IA.

A configuração do Perlmutter é capaz de processar informações de um ano capturadas pelo DESI em poucos dias. Em uma segunda fase, que ocorrerá até o fim do ano, o supercomputador vai ganhar outros 3.072 nós apenas de CPU, cada um com dois chips Epyc 7763.

O mapa 3D do universo promete avançar os estudos sobre a energia escura, que foi descoberta no trabalho vencedor do Prêmio Nobel de 2011 de Saul Perlmutter, astrofísico do Berkeley Lab que serviu de inspiração para o nome do novo supercomputador.

9 – Eos NVIDIA DGX SuperPOD

O modelo da NVIDIA Eos é o 9º supercomputador com a maior performance do planeta, de acordo com a lista dos 500 mais poderosos em atividade. O nome Eos é uma homenagem à deusa grega do amanhecer. Foi apresentado ao mundo em fevereiro de 2024 (veja o vídeo aqui) e pertence à empresa com sede em Santa Clara, Califórnia (EUA).

O Eos é voltado ao desenvolvimento avançado das inteligências artificiais em nível de servidores e o mais veloz do seu gênero. Equipado com 576 sistemas DGX H100 – com cada um contendo oito GPUs H100 para as IAs e workloads de computação de alta performance (HPC). Ou seja, são 4.608 H100 funcionando simultaneamente. Além disso, são 1.152 CPUs Intel Xeon Platinum 8480C – com 56 núcleos para cada processador.

Todo este conjunto que a NVIDIA apresenta tem o desempenho Rmax 121.4 FP64 PetaFLOPS, assim como 18.4 FP8 ExaFLOPS de performance HPC e de inteligência artificial, respectivamente.

Em termos mais simples, o Eos foi produzido especificamente para grandes workloads das IAs e pensando em sua escalabilidade – se apoiando na arquitetura DGX SuperPOD.

Ele utiliza o Mellanox Quantum-2 InfiniBand da NVIDIA, com tecnologia In-Network Computing que traz uma impressionante velocidade de 400 GB/s.

A NVIDIA também destaca a sua adaptabilidade para uma variedade de softwares e garante que ele será compatível com diversos modelos como uma inteligência artificial generativa como o ChatGPT até em fábricas de IAs. O projeto também pode ser usado para montar supercomputadores personalizados.

O Eos é baseado no sistema DGX de quarta geração – o DGX H100 – que também foi lançado junto e que é alimentado por oito GPUs H100 conectadas por NVLink. Um switch NVLink externo pode então conectar esses DGX H100s em Pods, que oferecem até um exaflop de desempenho de IA e podem ser vinculados em incrementos de 32 nós para formar sistemas como o Eos.

O Eos será aproveitado pelas equipes internas de desenvolvimento de IA e engenharia de software da Nvidia para seus produtos, incluindo veículos autônomos e software de IA conversacional.

No total, o Eos contém 18 desses pods 32-DGX H100, para um total de 576 sistemas DGX H100; 4.608 GPUs H100; 500 switches Quantum-2 InfiniBand; e switches 360 NVLink. Os números não só impressionam, como também prometem.

Segundo Paresh Kharya, diretor sênior de gerenciamento de produto e de marketing da NVIDIA, o Eos oferecerá 18 exaflops de desempenho de IA e a empresa espera que o supercomputador de IA não seja apenas um dos supercomputadores mais rápidos do mundo e sim o mais rápido de todos. 

Porém, em um exemplo prático de um teste desenhado para simular o treino de um modelo GPT-3. O Eos levou apenas 4 minutos (o sistema baseado em A100 demorou 11 minutos). Embora seja mais rápida, a máquina da geração anterior usava apenas 512 GPU. Dado que o Eos possui uma quantidade maior de GPU, esperava-se um desempenho ainda maior.

10- Sierra

O Sierra é um supercomputador criado pela IBM em conjunto com a NVIDIA e a Mellanox para o Laboratório Nacional Lawrence Livermore, localizado na Califórnia (EUA). É utilizado pela Administração Nacional de Segurança Nuclear para aplicações preditivas no controle de armas nucleares. É um dos supercomputadores mais rápidos do mundo, com 94.640 PetaFLOPS que pode chegar a 125 PetaFlops (pico).

O sistema tem dois processadores Power9 e quatro GPUs NVidia V100 em cada um dos seus 4.320 nós. Cada nó possui 256 GB de RAM, 44 núcleos IBM Power9 espalhados por dois soquetes físicos e quatro GPUs NVIDIA Tesla V100, cada uma fornecendo 16 GB de VRAM. Isso dá ao sistema completo 8.948 CPUs, 17.896 GPUs, 1,14 PB de RAM e 286 TB de VRAM.

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