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Pesquisadores do CCES aceleram computação científica na nuvem

Uma nova técnica desenvolvida por pesquisadores do Centro de Ciências e Engenharia Computacional (CCES) da Universidade Estadual de Campinas (UNICAMP) acelera em mais de cem vezes a execução de complexos cálculos científicos por computador. A aceleração é realizada pelo software OmpCloud, desenvolvido para facilitar a adaptação de qualquer programa científico a um serviço de computação em nuvem (cloud computing).

“O software leva para a nuvem um programa escrito inicialmente para um cluster local, mudando apenas uma linha de código”, explica Guido Araújo, pesquisador do Instituto de Computação da UNICAMP, que desenvolveu o software em conjunto com o bolsista de pós-doutorado Hervé Yviquel e o aluno de graduação Lauro Cruz. A pesquisa foi publicada em outro na revista ACM Transactions on Architecture and Code Optimization.

Yviquel demonstra neste vídeo como o OmpCloud funciona. Alterando apenas uma linha de seu código, uma porção do algoritmo de computação gráfica Ray-Tracer é rapidamente executada pelos processadores de um serviço de nuvem, gerando uma imagem tridimensional.

Araújo conta que o desenvolvimento do OmpCloud começou com a necessidade de se levar para a nuvem os cálculos científicos desenvolvidos em parceria com uma equipe coordenada por Munir Skaf, pesquisador do Instituto de Química da UNICAMP e diretor do CCES. A equipe desenvolveu um novo código de computação paralela que simula o resultado da colisão de moléculas de gás inerte ionizado contra uma determinada molécula de proteína.

O estudo publicado em julho na revista Journal of Computational Chemistry simula as colisões no interior de um espectrômetro de massa, um instrumento de laboratório que identifica a presença de uma proteína em uma amostra. Cada proteína espalha as moléculas de gás inerte de uma maneira distinta, produzindo um padrão de seção de choque diferente. As simulações em computador são essenciais para identificar os padrões correspondentes à presença de certa proteína nos dados dos experimentos.

Esses cálculos normalmente levam horas para serem concluídos em um computador convencional. Usando apenas um núcleo de processadores, por exemplo, o cálculo da seção de choque das moléculas de gás nitrogênio com a beta-lactoglobulina, uma proteína presente no leite bovino, leva cerca de cinco horas. Com o código de computação paralela desenvolvido pela equipe de Araújo, porém, o mesmo cálculo foi realizado em seis minutos por 256 núcleos de processadores do serviço de nuvem Microsoft Azure.

Institutos de pesquisa em todo mundo recorrem cada vez mais aos serviços de computação em nuvem em grande escala. De acordo com Araújo, esses serviços trazem a vantagem de cuidarem da manutenção e da atualização de grandes centros de computação, oferecendo aos seus clientes acesso remoto sob demanda a dezenas de milhares de núcleos de processadores.

O desempenho do OmpCloud chamou a atenção de grandes empresas do setor. O serviço Microsoft Azure ofereceu uma bolsa de 100 mil dólares em créditos de nuvem para a equipe de Araújo realizar suas pesquisas, que ainda contam com apoio de 60 mil dólares em créditos de nuvem da Amazon Web Services e de 20 mil dólares em créditos do serviço de nuvem da IBM.

Artigos científicos

YVIQUEL, H.; CRUZ, L.; ARAÚJO, G. Cluster Programming using the OpenMP Accelerator Model. ACM Transactions on Architecture and Code Optimization, Nova Iorque, v. 15, 3. ed., art. 35, out. 2018. Disponível em: <https://dl.acm.org/citation.cfm?id=3226112>. Acesso em: 27 jan. 2019.

ZANOTTO, L.; et al. High performance collision cross section calculation – HPCCS, Journal of Computational Chemistry, v. 39, 21. ed., 5 ago. 2018, p. 1675-1681. Disponível em: <https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/jcc.25199>. Acesso em: 27 jan. 2019.

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