São Paulo - O Núcleo de Computação Científica (NCC) da Universidade Estadual Paulista (Unesp) foi selecionado pela Intel para integrar um programa de computação paralela – no qual uma grande tarefa computacional é distribuída e realizada ao mesmo tempo por computadores de alto desempenho, de forma a otimizar o uso deles e reduzir o tempo para a conclusão do trabalho.

A Unesp será a primeira universidade no Estado de São Paulo e a segunda no Brasil a sediar um dos mais de 40 centros de computação paralela apoiados pela Intel no mundo. Outros centros estão em instituições como Stanford University, nos Estados Unidos, Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH), na Suíça, Bristol University, no Reino Unido, e na Organização Europeia para a Pesquisa Nuclear (Cern).

No Brasil, o outro núcleo de computação paralela da empresa é o Coppe – Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia, da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ).

Na avaliação do professor Sérgio Novaes, diretor científico do NCC da Unesp, a participação da universidade paulista no programa da Intel possibilitará aprimorar a qualidade do serviço de disponibilização de recursos de computação de alto desempenho e de suporte prestados hoje pelo GridUnesp, abrigado pelo NCC, a quase 60 projetos científicos de diferentes áreas de pesquisa na instituição.

Isso porque permitirá treinar e atualizar os profissionais do NCC em técnicas de programação paralela para tirar o máximo proveito dos recursos de novos processadores e aceleradores com muitos núcleos de processamento (cores) que estão instalados no centro.

“É fundamental não ficarmos para trás no que diz respeito aos principais avanços em computação de alto desempenho. Temos que prestar um serviço de qualidade à comunidade acadêmica da Unesp e, ao mesmo tempo, acompanhar a evolução tecnológica na área muito de perto e não de uma forma superficial”, afirmou Novaes.

A parceria também possibilitará aplicar a experiência e o conhecimento adquirido em computação paralela em Física experimental de altas energias, que é uma área de interesse do NCC.

Escolha criteriosa

“O processo de escolha das instituições de pesquisa para integrar o programa de computação paralela da Intel é extremamente criterioso e são poucos os países com duas instituições selecionadas para participar do programa, como é o caso do Brasil”, disse Fernando Martins, diretor executivo da Intel Brasil, à Agência FAPESP

“Isso demonstra não só a excelência dessas instituições, mas também a importância do Brasil no uso e no desenvolvimento de aplicativos para computação de alto desempenho”, ressaltou.

De acordo com Martins, um dos critérios para a escolha de uma instituição para participar do programa é ter pesquisadores com conhecimento e experiência em computação paralela a fim de desenvolver aplicativos (softwares) para computação de alto desempenho em suas áreas de excelência na pesquisa.

“A Intel financia os fellowships daqueles que irão trabalhar no desenvolvimento e aprimoramento de aplicativos nessas instituições”, disse Martins.

A ideia é que os aplicativos desenvolvidos nos centros de computação paralela financiados pela empresa sejam disponibilizados para utilização pela comunidade científica e técnica em computação de alto desempenho.

“A expectativa é que os pesquisadores e profissionais que trabalham nesses projetos de desenvolvimento de softwares compartilhem os resultados com a comunidade científica e técnica em computação de alto desempenho no Brasil por meio de workshops que organizamos com essa finalidade”, disse Martins.

Dilema computacional

O Núcleo de Computação Científica da Unesp abriga, além do GridUnesp, o Centro de Pesquisa e Análise de São Paulo (Sprace), apoiado pela FAPESP. Com isso, dá um suporte computacional específico ao grupo de pesquisadores em Física de Altas Energias da instituição.

A estrutura computacional do Sprace integra a colaboração Solenoide Compacto de Múons (CMS, na sigla em inglês), do Grande Colisor de Hádrons (LHC, na sigla em inglês), mantido pelo Cern.

“Por meio do Sprace, os pesquisadores e estudantes do grupo de Física de Altas Energias da Unesp usam recursos computacionais e de armazenamento instalados no datacenter do NCC e processam e participam da análise de dados produzidos pelo CMS”, contou Novaes.

De acordo com ele, a comunidade científica envolvida nas observações experimentais realizadas no LHC deverá enfrentar, a partir de 2015, um “dilema computacional”.

Isso porque o LHC deverá voltar a operar no próximo ano com maior energia – de entre 13 e 14 teraelétrons-volt (TeV) contra 8 TeV com a qual rodou nos últimos anos. Esse aumento de energia será acompanhado do aumento do número de eventos no colisor (leia mais em http://agencia.fapesp.br/19661).

O problema, contudo, é que a capacidade computacional instalada pelo LHC – denominada Worldwide Computing Grid do LHC (WLCG), que conecta 100 mil processadores em 34 países, incluindo os do Sprace, no Brasil – não deverá ser suficiente para processar e armazenar a enorme quantidade de dados que serão gerados.

“Há uma pressão, inclusive dos países membros do Cern, para encontrar saída para esse dilema computacional”, disse Novaes.

“Uma saída natural seria explorar as novas arquiteturas de computação que têm chegado ao mercado, como chips com até 256 cores [núcleos de processamento], para tentar paralelizar os processos e, dessa forma, diminuir a necessidades de grandes investimentos em computação de alto desempenho”, explicou.

Os pesquisadores têm se esforçado para desenvolver e aprimorar os softwares a fim de aumentar o paralelismo e a escalabilidade das aplicações.

No caso do Cern, um dos softwares candidatos para realizar a paralelização da imensa quantidade de dados do LHC a partir de 2015 é o Geant4, desenvolvido por um grupo de pesquisadores de Física de Altas Energias do Cern.

O software permite simular a interação da radiação com a matéria, como ocorre no interior dos detectores de partículas do LHC. “O Geant4 simula praticamente todos os eventos que envolvem a interação da radiação com a matéria que podem ocorrer no interior do detector.

E é por meio dessa simulação que conseguimos prever como serão medidas as partículas detectadas no colisor”, detalhou Novaes. Como a interação da radiação com a matéria é de interesse não somente da Física de Altas Energias, a aplicação do software começou a se expandir para outras áreas, como a de radioterapia.

“O software é utilizado hoje para calcular a dosimetria de radiação no tratamento de câncer, por exemplo, em que a dose de radiação tem que ser concentrada em um tumor alvo e é preciso reduzir a exposição dos tecidos saudáveis, por exemplo”, disse Novaes.

Segundo o pesquisador, no âmbito do programa de centros de computação paralela da Intel, o NCC terá como objetivo adaptar o software às arquiteturas computacionais modernas e desenvolver novas estratégias e algoritmos para que o programa use de forma eficiente os novos processadores multicore.

Além disso, os pesquisadores deverão manter colaboração com colegas do Grupo de Simulações do Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab), dos Estados Unidos, que se dedicam a realizar otimizações do Geant4 e trabalham em parceria com engenheiros de software do Cern no desenvolvimento de uma nova versão do software, o Geant-V.

“O projeto possibilitará selecionar pelo menos duas pessoas para trabalhar, em tempo integral, na paralelização do Geant”, disse Novaes.

“A ideia é que os profissionais selecionados fiquem pelo menos três meses no exterior, trabalhando em colaboração com pesquisadores do Fermilab, do Cern e da própria Intel, para se envolverem no desenvolvimento da paralelização do software antes de retornar ao Brasil a fim de dar continuidade aos trabalhos”, afirmou.