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Laboratório de Computação Paralela (LCP)A Computação de Alto Desempenho e a Engenharia Nuclear
A Computação de Alto Desempenho e a Engenharia Nuclear Até a metade do século XX a pesquisa científica e tecnológica baseava-se em duas metodologias: a teórica e a experimental. Com o advento do computador surge uma terceira: a metodologia computacional, que abre perspectivas próprias de desenvolvimento, complementando e suplementando as metodologias de pesquisa tradicionais. Não é surpresa que o desenvolvimento do computador, que desde seu surgimento até os dias de hoje vem apresentando impressionantes ganhos de velocidade e de memória, resulte em grande impacto nos processos de desenvolvimento científico e tecnológico. Na área de mecânica computacional, por exemplo, o advento da supercomputação, atingida através de processamento paralelo, permite que projetos quase completos sejam desenvolvidos no computador: protótipos virtuais antes dos protótipos reais. É desnecessário frisar a importância disto para atender a velocidade de inovação tecnológica que sociedade e mercado demandam. Enquanto a metodologia computacional vem se desenvolvendo de forma vertiginosa, cabe lembrar que os reatores de potência PWR surgiram na década de sessenta, antes do amadurecimento dos computadores e dos métodos computacionais como ferramentas poderosas para análise e projeto. A tecnologia do PWR desenvolveu-se a partir de modelos simplificados, necessitando de grandes investimentos em instalações experimentais. Os resultados do enorme esforço experimental envolvido no desenvolvimento dos reatores PWR constituem propriedade e segredo industrial de empresas como Westinghouse e KWU, por exemplo. Hoje métodos computacionais avançados têm emprego nos problemas surgidos nos projetos mais antigos, com importantes conseqüências para o licenciamento. Exemplo disto é a utilização de métodos de simulação computacional em dinâmica de fluidos para análise dos problemas de estratificação térmica verificados em reatores PWR. Uma outra utilização atual de métodos computacionais é o emprego de Algoritmos Genéticos para a otimização da recarga do núcleo. No século XXI, a retomada e o desenvolvimento de novas tecnologias de reatores não poderá prescindir da melhor tecnologia computacional disponível à época.
A utilização de clusters de estações de trabalho ou microcomputadores (PCs) vem recebendo grande aceitação recentemente devido ao custo relativamente baixo, à facilidade de atualizações, à utilização de hardware e software "abertos" e à independência de fornecedores e licenças de importação. Nosso sistema computacional segue a filosofia dos sistemas de computação paralela e distribuída do tipo Beowulf. O nome Beowulf refere-se ao lendário heroi saxão que, entre outros feitos de grande bravura, derrota o terrível monstro Grendel. A pesquisa e o desenvolvimento desta filosofia de organização de cluster de computadores evoluiu a partir do sistema Beowulf original, composto por 16 processadores DX4. O primeiro Beowulf foi instalado no ano de 1994 no Center of Excellence in Space Data and Information Sciences (CESDIS), localizado no Goddard Space Flight Center-NASA. As principais características dos clusters de computadores do tipo Beowulf são a utilização de sistema operacional freeware, como Linux ou FreeBSD, e o emprego de rede de comunicação dedicada exclusivamente ao sistema. Em geral, a comunicação do sistema computacional com o mundo exterior é feita através de um único nó (Front End). Nosso Beowulf. O projeto do sistema computacional do IEN prevê inicialmente a formação de um um cluster de 17 PCs, com processadores Pentium III de 700 MHz, 256 Mb RAM e disco rígido de 10 Gb, totalizando 160 Gb de área de armazenamento em disco e 4 Gb de RAM. O desempenho de pico (peak performance) excederá 10 Gflop/s (1 Gflop/s equivale a 109 operações de ponto flutuante por segundo). Os computadores serão conectados em topologia estrela através de rede Fast Ethernet de 100 Mb/s. O sistema operacional que será utilizado é o Linux. Nosso Beowulf. O projeto do sistema computacional do IEN prevê inicialmente a formação de um um cluster de 17 PCs, com processadores Pentium III de 700 MHz, 256 Mb RAM e disco rígido de 10 Gb, totalizando 160 Gb de área de armazenamento em disco e 4 Gb de RAM. O desempenho de pico (peak performance) excederá 10 Gflop/s (1 Gflop/s equivale a 109 operações de ponto flutuante por segundo). Os computadores serão conectados em topologia estrela através de rede Fast Ethernet de 100 Mb/s. O sistema operacional que será utilizado é o Linux. Os programas computacionais serão desenvolvidos utilizando o paradigma de troca de mensagens (message passing) entre os nós do sistema. Para isso serão utilizadas bibliotecas de comunicação MPI com bindings para as linguagens C e Fortran.
Representação Esquemática do Beowulf do IEN |
