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À partir de 01 de Maio, a UFONÁTICOS irá iniciar sua cobertura para o CROSS FIRE STARS 2017 com publicações semanais e vídeos! Em breve, mais informações!

Uma breve história sobre Supercomputadores;

30.10.15 Gustavo Sarturi 0 Comments

O termo supercomputadores surgiu na década de 60, termo este que foi criado para distinguir computadores com sistemas de alto desempenho, rápido processamento e alta capacidade de armazenamento, porém, antes do termo surgir, alguns computadores colaboraram para a chegada destes que futuramente seriam chamados de supercomputadores. Porém, a história deles remonta desde a década de 20 quando a IBM iniciou as suas tabulações na Universidade de Columbia e também a série de computadores de Seymour Cray para alcançar um desempenho de paralelismo computacional superior de pico.
Desenvolvido por ingleses para decodificar mensagens secretas dos alemães desenvolvidos pela máquina ENIGMA que fazia com que a mensagem enviadas fossem apagadas após enviadas, Colossus Mark I foi o primeiro computador programável que atuou por anos secretamente pelo governo Inglês, e utilizava tubos de vácuo. Por ser um projeto secreto, os inventores não receberam crédito algum. Mark I foi sucedido pelo Colossus Mark II, que foi o primeiro computador produzido em série, com 10 unidades no total.
 Nos Estados Unidos, a história foi um pouco diferente, o computador que estava sendo desenvolvido pela Universidade da Pensilvânia juntamente com John Mauchly foi divulgado publicamente, o ENIAC. O termo ENIAC significa “Eletronic Numerical Integrator And Computer” (Pt-Br: Computador e Integrador Numérico Eletrônico).
Figura 1 - ENIAC em operação;

Desenvolvido entre 1943 e 1945, o ENIAC entrou em operação oficial em julho de 1946, ele era composto por aprox. 17.500 válvulas além de 1.500 relés e diversos capacitores, resistores e outros equipamentos elétricos, além disto, o ENIAC custou para o Exército Norte Americano aproximadamente US$ 10 milhões nas cotações atuais (US$ 470,000.00 na cotação da época). A programação do ENIAC era literalmente manual, os operadores utilizavam de 6.000 chaves manuais para programar, além de, utilizar Cartões Perfurados para a leitura e tradução dos cartões.
Para manusear o ENIAC era necessário uma equipe, enquanto algumas pessoas preparavam os cartões, a segunda efetuava a troca dos cartões perfurados no leitor do ENIAC enquanto que a terceira equipe traduzia os resultados que eram impressos em Cartões Perfurados. A manutenção era frequente, pois, por se tratar de válvulas elas queimavam com frequência, fazendo com que boa parte do seu tempo não fosse operada. O ENIAC adiantou o fim da guerra! Apesar de ter entrado em operação oficial em 1946, em 1943 o ENIAC já colaborava e alterou os rumos da guerra, auxiliando na vitória dos Aliados! O ENIAC conseguia calcular em questão de minutos o que um ser humano demorava horas as tabelas de artilharia para uso no campo de batalha. As tabelas de artilharia permitiam ao front de guerra à realizar ataques mais precisos informando dados de alcances, altitudes, temperaturas e condições de vento por exemplo, e com a chegada do ENIAC, as tabelas eram produzidas rapidamente e entregues à tempo para os respectivos fronts de guerra.
O UNIVAC foi o sucessor do ENIAC, projetada por John Mauchly e Presper Eckert, foi o primeiro computador comercializado dos Estados Unidos, e também foi o primeiro computador a ser usado no Brasil em 1961, adquirido pelo IBGE para processar os dados do censo anual. Ao Brasil, o UNIVAC custou o aproximado em US$ 3.000.000,00; e veio acompanhado de acessórios e periféricos. Pesando 13 toneladas, era capaz de realizar 1905 operações por segundo.
Whirlwind I é considerado o primeiro computador digital, isto é, ele não operava de uma forma mecânica como o Enigma, e a máquina de Pascal por exemplo; e também foi o primeiro a utilizar também um núcleo magnética (memória central magnética) e a operar em bits paralelos, ou seja, operava em tempo real. Para operar em tempo real, Jay W. Forrester elaborou uma matriz tridimensional de núcleos magnéticos que revolucionou o desempenho da máquina. Jay chegou à conclusão de elaborar essa matriz após se perguntar o que ele deveria fazer para fazer com que um computador operasse em tempo real. A decisão de tornar o projeto Whirlwind em um computador digital veio após o lançamento do ENIAC, cujo Jay W. Forrester visitou pessoalmente na Universidade da Pensilvânia durante o desenvolvimento do Whirlwind.
Desenvolvido por Jay W. Forrester juntamente com a equipe Instituto de Tecnlogia de Massachusetts (Massachusetts Institute of Tecnology, ou MIT) à pedido da Marina dos Estados Unidos entre 1946 à1953, Whirlwind I foi criado com a finalidade de calcular trajetórias precisas de mísseis e também para simulação de voo para treinamento de tripulações de bombardeiros. O sistema previa ter uma aerodinâmica realista para a época, podendo ser adaptado para qualquer modelo de avião da época. Era utilizado também para a produção e exibição de vídeos, e necessitava de operadores para auxiliar no trabalho. Atualmente, relíquias do projeto estão presente no museu da ciência em Boston, Massachusetts, Estados Unidos. O projeto Whirlwind foi um sucesso para a época, porém, alguns anos depois novas tecnologias de computadores surgiram fazendo com que o Whirlwind perdesse a sua utilidade.

Figura 2 – Jay Forrester (à direita em pé) fazendo testes com um protótipo do Whirlwind I no Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) em 1949.


Anos mais tarde, a IBM lançou a IBM Naval Ordnance Research Calculator (IBM NORC) lançado em Dezembro de 1954, foi o mais poderoso da época e auxiliou a Marinha dos Estados Unidos à calcular trajetórias de mísseis. Na cerimônia de entrega, ele fez um cálculo para Pi (π) de 3089 dígitos! Um recorde para época, e tal cálculo levou apenas 13 minutos para ser concluído.
A máquina utilizava tubos eletrostáticos para a memória que consistia em armazenar aproximadamente 2.000 palavras com 8 micro segundos de acesso. Mais tarde com um aprimoramento nos tubos eletrostáticos, o computador ampliou a capacidade para 3.600 palavras sem a necessidade de adicionar mais tubos. O que fascinava na época era a velocidade de resposta do computador, uma multiplicação por exemplo, era feita em 31 micro segundos e uma divisão, em apenas 227 micro segundos!        
O IBM 7090 foi o primeiro supercomputador desenvolvido pela IBM, que em comparação ao ENIAC, tinha o tamanho bastante reduzido. O supercomputador utilizava de linguagens como Fortran, Cobol e Algon, que segue a linhagem das primeiras linguagens computacionais. Para muitos, o IBM 7090 foi o primeiro supercomputador, enquanto que para outros, o CDC 6600 é quem merece o título.
Um diferencial em relação aos outros computadores é que o IBM 7090 continha núcleos magnético, leitor de cartão, e até mesmo uma impressora, além de outros componentes especiais. Era capaz de efetuar mais de 1 milhão de operações lógicas simultaneamente.  Uma curiosidade aqui é que o IBM 7090 foi um dos primeiros computadores a ser utilizado pela NASA, e colaborou nas pesquisas científicas e auxiliou nos controles de voos espaciais para Mercúrio. Tardiamente, o IBM 7090 foi sucedido pelo IBM 7030 Stretch, que foi o primeiro computador com uso de transistor (semi condutor de circuito elétrico).


Figura 3 - IBM 7090 sendo utilizado na NASA.

Em 1964, Seymour Cray desenvolveu com sua equipe da Control Data Center o CDC 6600, com a novidade de ter um sistema de refrigeração integrado que impedia as altas taxas de aquecimentos que faziam os computadores da época a queimarem com facilidade. Custou para a Control Data Center o aproximado em US$ 8 mi (no dólar da época) e contava com processadores 3 vezes mais rápidos que o IBM 7030 Stretch além de conter uma arquitetura impecável.
Com 10 processadores periféricos em torno de uma memória principal e 12 canais de entrada e saída, o CDC 6600 com uma capacidade de efetuar um cálculo em 100 nano segundos superou os concorrentes e designou o termo Supercomputador para todo tipo de computador que é capaz de ter uma grande velocidade de cálculo em questão de segundos além de grande capacidade de armazenamento, sendo assim, por muitos o CDC 6600 é considerado o carro chefe dos Supercomputadores, e chegou a operar em até 1MegaFlop, batendo o recorde de flops computacionais da época.

Figura 4 - Control Data 6600
Fonte: It Archives Web

O primeiro CDC 6600 foi entregue à um laboratório na Suíça, apesar de ter sido desenvolvido nos Estados Unidos, já o segundo, foi entregue em 1966 para a Lawrence Radiation Laboratory, anexo à Universidade da Califórnia. Durante o seu período de atividade, o CDC 6600 colaborou nas pesquisas científicas da época que inspirou Seymour à produzir supercomputadores ainda mais potentes. Além de todas estas características, os engenheiros do CDC 6600 criaram jogos para passatempo como Baseball, Lunar Lander e o famoso Space Wars. O supercomputador então saiu de linha em 1977 com a chegada de seus sucessores.
O CDC 7600 foi o sucessor do Cray-I, foi um grande rival do IBM System/360 porém não obteve tanto sucesso em relação aos anteriores. Desenvolvido pela Cray Research em 1970, o CDC 7600 também continha um núcleo magnético e efetuava cálculos em até 10 Megaflops, pelo menos, na data de entrega, porém, uma modificação no sistema fez com que ele atingisse a marca dos 36 Megaflops. A arquitetura era composta de Circuitos Integrados e transistores, e tinha a forma de um Paralelepípedo de base quadrada.
Na década de 70, Seymour Cray decidiu sair da Control Data Center e fundou a sua própria empresa, a Cray Reasearch, e entre os destaques está o Cray-I e o Cray Y-MP.
Cray-I é o supercomputador mais conhecido na História, não só pelo fato de apresentar um microchip para aumentar o seu desempenho, o que impressionou muitas empresas da época, mas, pelo fato de conseguir atingir a faixa dos 160 Megaflops, ou seja, 160 milhões de operações de ponto flutuante por segundo e conter 8MB de Memória RAM.

Cray-1 tinha uma arquitetura, digamos que, diferente, visualmente tinha o formato da letra “C’, que permitia que o comprimento fios e o tempo de viagem dos sinais de um lado para o outro, fossem um pouco mais reduzidos. O Cray-1 pesava aproximadamente 5 toneladas; para se ter uma noção do peso, ele chegou em duas vans refrigeradas e necessitou de 30 pessoas para ajudar à mover para a sala de Los Alamos National Laboratory, cujo foi o primeiro lugar a ser instalado e utilizado oficialmente.
           A década de 80 foi marcada pelo alcance dos Gigaflops, ou seja, na classe dos bilhões de cálculos por segundo com a chegada do Cray-2. Cray-2 continha 4 centrais de processamento, além de conseguir efetuar cálculos em até 1,9 Gigaflops! Foi o computador mais rápido do mundo entre 1985 à 1987. Foi inicialmente projetado para suprir as necessidades do departamento de Energia dos Estados Unidos, mas o sucesso foi tanto que o supercomputador chegou a ser usado pela Nasa em pesquisas astronômicas e espaciais.
Para o desenvolvimento do Cray-2, Seymour destacou o aumento de velocidade com três avanços simultâneos: Mais unidades de processamento para operar em paralelismo, arquitetura menor e apertada para diminuir os atrasos de sinais e permitir uma velocidade de cálculo mais rápida.
Os supercomputadores só chegaram na barreira dos Teraflops em 1997 com o ASCI Red da Intel! Um Supercomputador desenvolvido para auxiliar o governo dos Estados Unidos à fazer manutenção do arsenal nuclear, foi um dos primeiros supercomputadores à efetuar simulações nucleares.
Entre 1997 à 2000 foi o Supercomputador mais rápido do mundo listado pela Top500.org, por obter uma performance de 1.3 teraflops e uma memória de 1212 gigabytes.

Figura 6 - ASCI Red da Intel
Fonte: Sandia National Laboratory (US)


            Em 2002, foi a vez do NEC Earth Simulator assumir a posição do supercomputador mais rápido do mundo, desenvolvido pela Agência Nacional de Exploração Aeroespacial Japonesa (Japão) com o intuito de avaliar os efeitos do aquecimento global e os problemas sísmicos e geofísicos da Terra, o Earth Simulator tinha um total de 5.120 processadores e 10 terabytes de memória. Vale constar que, uma das linguagens que este supercomputador realizava era o Fortran, linguagem desenvolvida em 1950 e que é utilizada até os dias atuais.

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