Por Raquel Freire, para o TechTudo


O Fugaku é considerado o computador mais rápido do mundo. Localizada na cidade de Kobe, no Japão, a máquina tem nada menos que 7.630.848 de núcleos — sim, mais de 7 milhões —, conseguindo realizar mais de 442 quatrilhões de cálculos por segundo. Os números impressionantes revelam todo o poder de processamento do supercomputador, que ocupa o primeiro lugar no ranking de velocidade desde seu lançamento, em abril de 2020.

Desenvolvido pelo instituto de pesquisa japonês Riken em parceria com a Fujitsu, o Fugaku tem uma ambição nada modesta: resolver os maiores problemas do mundo atual, como mudanças climáticas, cura do câncer e tratamentos e prevenções da Covid-19. Esses objetivos poderão ser alcançados graças à sua capacidade de gerar previsões precisas sobre o que está sendo processado, feito que envolve o uso de inteligência artificial e outras tecnologias de ponta.

Conheça o Fugaku, computador japonês que é o mais rápido do mundo — Foto: Reprodução/Kyodo News

Fugaku contra a Covid-19

O lançamento do Fugaku, em abril de 2020, foi feito no momento em que o governo japonês havia declarado estado de emergência por conta da pandemia da Covid-19. Por isso, os primeiros estudos realizados no supercomputador se concentraram no coronavírus.

As pesquisas abrangeram temas como as características do vírus, identificação de compostos que poderiam ser usados ​​como agentes terapêuticos, melhoria do diagnóstico e tratamento, compreensão dos impactos socioeconômicos da pandemia e simulação do potencial de disseminação da infecção por meio gotículas no ar.

Um dos projetos investigou o quão bem medicamentos já existentes se ligam às proteínas do Sars-CoV-2. Analisando o vírus e mais de 2 mil compostos de drogas candidatas, 30 medicamentos foram marcados como tratamentos possivelmente eficazes contra a Covid-19, segundo relatório de abril deste ano. O Fugaku levou apenas dez dias para fazer os cálculos — seu predecessor, o também supercomputador K, teria levado pelo menos um ano na mesma tarefa.

Fugaku tem sido usado desde o início em pesquisas sobre coronavírus — Foto: Reprodução/STR/Jiji Press/AFP

O instituto também está usando o computador para desenvolver vacinas a partir de uma nova tecnologia chamada "mMAP" (do inglês "Mutation Compatible Multiple Antigen Peptides", ou "peptídeos de antígenos múltiplos compatíveis com mutação", em tradução livre). Pesquisas de banco de dados revelaram regiões da proteína de pico conservadas entre a Sars-CoV-2, a síndrome respiratória do Oriente Médio (Mers) e a síndrome respiratória aguda grave (Sars-CoV ou Sars-CoV-1).

Usando essas informações, a vacina criada pelo Riken conseguiu produzir anticorpos contra vários coronavírus diferentes. Ainda em fase de testes, essa vacina tem o potencial de ser aplicada a uma ampla gama de coronavírus, incluindo os endêmicos em animais, bem como cepas mutantes de Sars-CoV-2. O objetivo é prevenir a disseminação de animais para humanos.

Tratamento de câncer

Em novembro do ano passado, o Fugaku conseguiu concluir uma análise do gene do câncer em menos de um dia; se fosse em um computador comum, o mapeamento levaria meses. O estudo, liderado pela Universidade Médica e Odontológica de Tóquio, tem como objetivo criar novas terapias no combate à doença.

A supermáquina foi capaz de extrair uma rede que representa as relações regulatórias entre genes em células cancerosas epiteliais a partir da análise de dados de 20 mil genes, prever a relação desses genes com infiltração e metástase e apresentar modelos de previsão, usando a tecnologia de tensor profundo desenvolvida pela Fujitsu. O resultado obtido pelo Fugaku foi entregue em um formato que pode ser facilmente entendido e executado por computadores "normais".

Mudança climática está no alvo

Um dos grandes desafios do Fugaku é usar os dados sobre emissões de dióxido de carbono para prever com precisão as mudanças climáticas, assim como seus efeitos na população global. Vários estudos nesse campo estão sendo tocados pelos diversos institutos parceiros do Rikon, incluindo um que consegue prever chuvas torrenciais quase que em tempo real.

Usando dados coletados pelo radar meteorológico do Instituto Nacional de Tecnologia da Informação e Comunicação (NICT), na cidade de Saitama, no Japão, o Fugaku realiza uma previsão das condições climáticas dos próximos 30 minutos a cada 30 segundos, com uma resolução de 500 metros. O computador consegue processar mil simulações simultâneas, entregando um panorama extremamente preciso.

Fugaku foi criado para ajudar nos principais desafios da atualidade, incluindo mudanças climáticas — Foto: Divulgação/Riken

Líder de todos os rankings

O título de mais rápido do mundo chegou pela primeira vez em junho de 2020, concedido pelo TOP500 — projeto que há 25 anos avalia, semestralmente, os 500 supercomputadores mais poderosos rodando no momento. O Fugaku chegou ao topo apenas dois meses depois de entrar em funcionamento, e operando com capacidade parcial.

Na ocasião, ele marcou velocidade de 415,5 PFLOPs, superando em 2,8 vezes o segundo da lista, o computador Summit, construído pela IBM no Tennessee, EUA. O equipamento também ficou em primeiro lugar em três outras categorias de medição de desempenho: processamento de big data, aprendizado profundo com inteligência artificial e cálculos de simulação prática. O feito se repetiu nas duas outras edições da lista — em novembro de 2020 e junho de 2021 —, tornando o Fugaku o primeiro supercomputador do mundo a dominar as quatro categorias por três vezes consecutivas.

No mais recente relatório do TOP500, a pontuação de benchmark HPL foi de 442 PFLOPs (três vezes a velocidade do segundo colocado Summit). Não foi só nesse ranking que ele figurou em primeiro lugar. O Fukagu também liderou o benchmark HPCG, que avalia o desempenho de supercomputadores executando aplicativos do mundo real; o HPL-AI, cujos testes se concentram na execução de aplicativos de inteligência artificial; e o Graph 500, que avalia sistemas com base em carregamento intensivo de dados. Com isso, o computador japonês também foi o primeiro a estar no topo das quatro listas ao mesmo tempo.

Lista com os cinco supercomputadores mais rápidos do mundo em junho de 2021 — Foto: Divulgação/Top500

Primeiro supercomputador exascale do mundo

Este último ranking do TOP500, divulgado em junho de 2021, revelou outra façanha do Fugaku: quando submetido a testes de precisão simples ou precisão reduzida, que são frequentemente usados em aprendizado de máquina e IA, o desempenho passou do exaflop.

Com a realização, alguns especialistas estão considerando o Fugaku o primeiro supercomputador do mundo efetivamente exascale — como são chamados os sistemas capazes de calcular pelo menos 1 exaflop por segundo. De fato, a máquina japonesa alcançou 2 EFLOPs no benchmark HPL-AI.

Potência incomparável com máquinas do dia a dia

Como vimos aqui, o Fugaku — um outro nome para o Monte Fuji, a montanha mais alta do Japão — possui atualmente velocidade bruta de 442 PFLOPs. Esse valor é difícil de imaginar em termos práticos, porque nossas máquinas atuais ficam muito abaixo disso.

Para efeito comparativo, o PS5 possui 10.28 TFLOPs (trilhão de operações de ponto flutuante por segundo). Ou seja: o supercomputador japonês é quase 43 mil vezes mais rápido que o console da Sony.

Os números são ainda mais discrepantes ao considerar a pontuação obtida nos testes de precisão simples, nos quais o Fugako chega ao exaflop. Nessa comparação, o supercomputador é 195 mil vezes mais veloz que o videogame, já considerado top de linha entre as máquinas de uso comum.

Fugaku, supercomputador japonês, é até 195 vezes mais rápido que o PS5 — Foto: Murilo Molina/TechTudo

Com informações de Riken (1, 2), TheJapanTimes, Top500, ZDNet, Make Use Of, HPCG, HPL-AI, Graph 500, Units Converters

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