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Laboratório de Computação
Paralela
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.
O Sistema Computacional
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).
O Nosso Beowulf
Após a expansão programada para meados
de outubro de 2011, o cluster Beowulf utilizado pelo SETER (Serviço
de Tecnologia de Reatores) será composto por 12 computadores com
12 núcleos de processamento e 12 Gb de memória em cada um, totalizando
144 núcleos e 144 Gb de memória. Os processadores XEON 5660 fabricados
pela Intel são de última geração para esse tipo de aplicação, e
proporcionam ao conjunto um desempenho no Linpack (biblioteca de
programas de álgebra linear usada para avaliação de desempenho)
maior que 500 Gflops. Ele utiliza a tecnologia MPI (Message Passing
Interface) para a intercomunicação das máquinas em uma rede Ethernet
de 2 Gbit. Além disso, o sistema operacional Linux em discos de
estado sólido para o boot e um raid (que provê redundãnmcia de informação)
de disco de 12 Tb garantem a integridade das informações nele contidas.
Possui também um sistema de backup Cisco de 10 Tb e no break.
O cluster é utilizado pelos pesquisadores
do SETER em pesquisas envolvendo mecânica dos fluidos computacional,
otimização, neutrônica e simulação, principalmente através do software
Ansys.
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| Esquema do cluster Beowulf do SETER.. |
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