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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.

Esquema do cluster Beowulf
Esquema do cluster Beowulf do SETER.
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