O Pittsburgh Supercomputing Center democratiza a HPC como serviço

A computação de alto desempenho (HPC) pode ser uma ferramenta poderosa para gerar as grandes inovações necessárias para curar doenças, proteger o meio ambiente e aprofundar nossa compreensão do universo. Mas, para maximizar seu impacto, a HPC precisa ser acessível a todos os pesquisadores e cientistas. Por isso, o Pittsburgh Supercomputing Center recorreu à tecnologia da HPE para criar o Bridges, um supercomputador tão fácil de usar quanto um laptop.

Logotipo do Pittsburgh Supercomputing Center

Levando a Inteligência Artificial a um outro nível

Até agora, a Inteligência Artificial estava limitada pelas massivas quantidades de dados e poder computacional necessários para se executarem algoritmos. O supercomputador Bridges, do Pittsburgh Supercomputing Center, traz avanços que permitem que os pesquisadores lidem com grandes problemas do mundo real.

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2:48
Vídeo: Um supercomputador jogando pôquer

Um cassino em Pittsburgh. Quatro dos melhores jogadores de pôquer do mundo. Um programa de IA chamado Libratus. Quem venceu? Se eu fosse você, apostaria no Libratus.

O programa de Inteligência Artificial (IA), criado por pesquisadores da Carnegie Mellon University (CMU), EUA, bolou uma estratégia. Em todas as noites do torneio de 20 dias, o Libratus analisou o que tinha acontecido durante o dia, de modo que pudesse se adaptar às melhorias que os humanos estavam fazendo em suas estratégias. Agora, essa IA já deixou para trás os melhores jogadores humanos de pôquer. A IA era uma promessa dos anos de 1960, mas foi nos últimos anos que ela teve um progresso tremendo, graças aos novos algoritmos de IA.

Por trás do Libratus, estava um novo tipo de supercomputador chamado Bridges. Financiado pela National Science Foundation (NSF), o Bridges foi projetado pelo Pittsburgh Supercomputing Center (PSC), para fazer a convergência da IA com a HPC e o Big Data – e deixar o resultado disponível para pesquisadores em todo o país. O Bridges não é apenas superpoderoso, ele foi projetado para ser acessado por interfaces de software que não exigem habilidades de programação especializadas. O PSC disponibiliza gratuitamente o Bridges para pesquisas abertas em uma larga variedade de campos, da genômica às ciências sociais, e, sob contrato, para a indústria.

As apostas são altas. As partidas de pôquer Texas Hold’em de confrontos diretos e sem limites tornaram-se o principal benchmark para avaliar o progresso dos algoritmos de raciocínio estratégico com informações imperfeitas, mas os algoritmos usados nessas partidas independem de aplicativos e servem para várias configurações importantes de raciocínio estratégico. Os maiores beneficiados com isso serão as pessoas e o planeta. O Bridges democratiza a supercomputação ao torná-la amigável e simples de usar. Somente as propostas mais consistentes são escolhidas, por meio de um processo de inspeção altamente seletivo. Os pesquisadores estão usando o Bridges para estudar como tornar as redes de energia mais eficientes, como as espécies respondem às mudanças ambientais, compreender o surgimento do câncer de pulmão – e muitos outros problemas altamente impactantes que, antigamente, eram muito grandes para serem resolvidos.

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Computador vence os 4 maiores jogadores de pôquer

US$ 17,2M

Investimento da National Science Foundation no Bridges
  • "O projeto do pôquer serviu para estudar o raciocínio estratégico com informações imperfeitas. Entre as aplicações no mundo real estão negociação, optimização de estratégia de negócio, estratégia de preços, cibersegurança e planejamento de tratamento médico – como você altera as células T de uma pessoa para enfrentar o câncer?"

    Prof. Tuomas Sandholm, fundador e diretor do Laboratório de Mercados Eletrônicos da Carnegie Mellon University e fundador e CEO da Strategic Machine, Inc.

Supercomputação para resolver superproblemas

O Pittsburgh Supercomputing Center oferece acesso a supercomputadores para pesquisadores, a fim de resolver os problemas mais desafiadores da ciência e da engenharia, incluindo o tratamento de doenças complexas e a proteção do meio ambiente.

Imagem abstrata representando problemas matemáticos complexos

O PSC oferece, aos pesquisadores de universidades, indústrias e governos, acesso a sistemas poderosos e que seriam, de outra forma, proibitivamente caros, para HPC, análise e gerenciamento de dados e comunicações.

O PSC capacita os pesquisadores a resolverem os mais desafiadores problemas da ciência e da engenharia – incluindo tratar doenças complexas, proteger o meio ambiente e outros problemas críticos que a Humanidade tem que enfrentar.

O Centro é um dos principais parceiros do Extreme Science and Engineering Discovery Environment (XSEDE), o programa de ciberinfraestrutura da National Science Foundation. O PSC é um esforço conjunto da Carnegie Mellon University e da Universidade de Pittsburgh, com o apoio de agências federais, da Commonwealth of Pennsylvania e do setor privado.

1986

Ano de fundação

6.600

Cientistas e engenheiros atendidos

10.824

Bolsas de pesquisa
  • "Os nossos usuários estão resolvendo problemas realmente importantes: doenças, terremotos, economia, segurança. Eles fazem isso usando os sistemas de HPC/HPDA convergentes da PSC, que são feitos sob medida para as aplicações de hoje e do futuro."

    Nick Nystrom, diretor interino do Pittsburgh Supercomputing Center

Trazendo a supercomputação avançada para os não programadores

O PSC queria tornar os recursos de HPC mais acessíveis para uma parcela mais abrangente da comunidade de pesquisa. Para isso, eles criaram um supercomputador para as pessoas cujas especialidades são ciência e pesquisa, não a programação.

Imagem abstrata representando uma grande complexidade computacional

Detectar ciberataques. Curar o câncer de mama. Prever fortes tempestades. Um ponto em comum a todos esses grandes desafios é sua complexidade computacional. Nenhum computador comum pode lidar com cálculos em uma escala grande o suficiente para ajudar os pesquisadores a compreender esses problemas. E a alternativa a eles – a classe de sistemas superpoderosos conhecidos como supercomputadores – tende a ser cara e complexa de se criar e gerenciar.

É aí que entra o PSC. Com o apoio da National Science Foundation e de outros investidores, o PSC oferece recursos de HPC gratuitamente para pesquisadores de quaisquer campos, desde neurociência e as causas do câncer, até meteorologia e economia nacional.

A base de usuários tradicional do PCS costumava incluir engenheiros, químicos e físicos – pessoas que, normalmente, tinham algumas habilidades especializadas de HPC. Agora, o PSC está levando seus recursos a pesquisadores especializados em seus campos, mas que podem nunca ter programado um computador. Para chegar a essas novas comunidades, o PSC oferece todo o poder da HPC por meio dos tipos de interfaces de software que os pesquisadores estão acostumados a usar em seus laptops.

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Taxa cobrada para usar os recursos do PSC para pesquisas abertas

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Programação de computador necessária para usar a HPC
  • "Queríamos levar a HPC às pessoas que nunca a tinham usado. Agora, todos têm acesso a enormes fontes de dados, como bancos de dados genômicos e dados de mídias sociais. É uma supercomputação fácil de usar, que os ajuda a aproveitarem esses dados para resolverem problemas complexos."

    Nick Nystrom, Pittsburgh Supercomputing Center

Fornecendo a HPC como serviço

Para criar o Bridges, a PSC teve que reunir níveis revolucionários de armazenamento, memória e poder de processamento para supercomputação – e deixar tudo isso disponível por meio de interfaces de área de trabalho que fossem familiares para a maioria dos pesquisadores.

Quando estava projetando o novo supercomputador que chamaria de Bridges, o PSC enfrentou dois tipos de desafios técnicos.

Um deles foi unir níveis revolucionários de armazenamento, memória e poder de processamento para supercomputação. O Bridges precisa de uma memória massiva, por exemplo, para acelerar a montagem de grandes sequências genômicas a partir de pequenos fragmentos de DNA, de dias para horas. Ele tem que executar cálculos rápidos de problemas divididos em pequenos componentes, como computar o consumo de energia de centenas de construções em muitos ciclos de tempo. Ele precisa de recursos de IA, como os que o Libratus usou para jogar pôquer, aplicáveis a problemas de biologia, química e ciência de materiais.

O outro desafio foi deixar tudo disponível por meio de aplicativos, linguagens e paradigmas de pesquisa já familiares aos pesquisadores. Isso inclui ferramentas de software como Python, R, MATLAB e gateways baseados no navegador usados por dezenas de milhares de pesquisadores. Esse acesso livre permite que os pesquisadores acelerem seus projetos atuais sem precisar de habilidades específicas de HPC.

Um poder sem precedentes com a praticidade da área de trabalho: o PSC decidiu criar a HPC como um serviço.

1,35

Petaflop de velocidade computacional

10 PB

De gerenciamento de dados avançados com suporte ao armazenamento persistente e coletas de dados da comunidade

96

GPUs de ponta
  • "Queríamos reunir uma memória grande, GPUs e um enorme número de nós, para que os pesquisadores pudessem realizar análises que não poderiam executar de outra forma. E nós queríamos oferecer acesso via navegador da Web, para que eles não tivessem que se tornar programadores."

    Nick Nystrom, diretor interino do Pittsburgh Supercomputing Center

O poder da supercomputação com a praticidade de um laptop

O Bridges é um recurso fácil de usar e com capacidades únicas, para empoderar várias comunidades ao unir HPC e Big Data.

Imagem abstrata representando o supercomputador Bridges

O Bridges, o mais avançado sistema de HPC do PSC, executa aplicativos que aceleram descobertas em Física, Biologia, Economia, Negócios e Política, e até mesmo em Humanidades.

O Bridges é um recurso na casa dos petabytes, fácil de usar e com capacidades únicas, para empoderar várias comunidades ao unir HPC, IA e Big Data. Seu riquíssimo conjunto de nós interativos e sistemas de armazenamento ativos oferece flexibilidade excepcional para análises de dados, simulações, fluxos de trabalho e gateways, aproveitando interatividade, computação paralela, o mecanismo de processamento Spark e a estrutura de programação Hadoop. As unidades de processamento gráfico (GPUs) da NVIDIA permitem o aprendizado profundo e a aceleração de simulações. O Bridges é um sistema heterogêneo: graças a um software escrito no PSC e à nova arquitetura Omni-Path da Intel, os cientistas podem aplicar partes diferentes do supercomputador a partes diferentes de seus problemas computacionais, permitindo a reutilização produtiva dos aplicativos existentes e acelerando os resultados.

Além disso, o Bridges foi projetado para suportar software e ambientes conhecidos e práticos, para usuários de HPC tradicionais e não tradicionais. É uma supercomputação tão fácil de usar quanto o seu laptop.

~400

Pesquisadores usando o Bridges atualmente

153

Centros de transplantes nos EUA otimizam o intercâmbio de doações de rins
  • "Trabalhando com a HPE Pointnext, identificamos as soluções de servidores Hewlett Packard Enterprise perfeitas para, juntamente com a arquitetura Omni-Path, transformar em realidade a visão que tínhamos para o Bridges."

    Nick Nystrom, diretor interino do Pittsburgh Supercomputing Center

Quem venceu a aposta? Todos nós.

Projetos diversos trazem novos insights importantes.

Desde 1986, mais de 36.000 usuários, 6.800 cientistas e engenheiros-chefes distintos e mais de 11.000 bolsas diferentes, em 1.525 afiliações e centros de pesquisa em 53 estados e territórios, usaram os recursos computacionais do PSC. Geração após geração, a memória evolui e o processamento se tornou mais rápido, oferecendo armazenamento de dados e acessibilidade melhores. O Bridges é o que há de melhor.

Quatro vezes por ano, os pesquisadores podem solicitar o uso do Bridges. Vários projetos começaram dessa forma. Uma equipe está pesquisando os fatores que causam câncer, doenças de pulmão e as funções cerebrais, usando genômica, imagens e outros Big Data. Outra está pesquisando centenas de milhares de documentos históricos, atrás de pistas da história e das experiências de vida das mulheres negras nos Estados Unidos, de 1700 em diante. Uma outra ainda está estudando o comportamento dos neutrinos, em busca de novos insights das leis básicas da Física e da origem do Universo.

Não é o pôquer: é a vida! Quem vence a aposta é a Humanidade.

  • "Estamos vendo pessoas dos departamentos de Filosofia, Inglês, Ciências Políticas, Economia e Negócios, todas contribuindo como nunca antes, lidando com problemas que afetam todas as nossas vidas."

    Nick Nystrom, diretor interino do Pittsburgh Supercomputing Center

A receita da solução

Uma nova era da supercomputação avançada

Projetado pelo PSC e criado, instalado e testado pela HPE Pointnext, de acordo com as especificações do PSC, o Bridges faz uso de tecnologias avançadas da HPE, Intel e NVIDIA para trazer uma nova era da supercomputação, a fim de enfrentar alguns dos desafios mais complexos do mundo.