A computação em nuvem de alto desempenho permitiu que empresas iniciantes desenvolvessem protótipos e executassem simulações – incluindo uma para a lua – que eram feitas anteriormente em supercomputadores.

Este artigo faz parte de nossa nova série, Currents, que examina como os avanços rápidos da tecnologia estão transformando nossas vidas.

Firefly Aerospace, uma start-up com sede nos subúrbios de Austin, Texas, está construindo um foguete para voar até a lua.

Não, este não é um remake de “Um Grande Dia com Wallace e Gromit”, no qual a dupla animada vai à superfície lunar em busca de queijo; é uma empresa real. É também um exemplo de como a disponibilidade onipresente de computação de alto desempenho pela Internet desencadeou uma onda global de criatividade. A “nuvem”, aquele eufemismo difuso para redes de grandes fazendas de computadores que qualquer pessoa pode acessar com um laptop e um cartão de crédito, colocou até os sonhos mais loucos ao alcance de pessoas com know-how suficiente.

Construir sistemas físicos complexos, como semicondutores ou submarinos, requer simulações intensivas de computador antes de comprometer dinheiro para dobrar aço para um protótipo, sem falar em colocar a espaçonave em produção. Essas simulações requerem cálculos vastos que eram feitos anteriormente em supercomputadores disponíveis apenas para governos ou as corporações mais abastadas.

“Novas empresas de foguetes como Firefly, Virgin Orbit e SpaceX não podiam prosperar quando eu era engenheiro na Boeing, 15 anos atrás”, disse Joris Poort, fundador e executivo-chefe da Rescale , uma empresa que orquestra a computação de alto desempenho na nuvem. “Você teria que ter levantado centenas de milhões de dólares naquela época apenas para construir a infraestrutura de computador para executar as simulações.”

Os supercomputadores surgiram na década de 1960, quando os cientistas da computação começaram a dividir os problemas em partes e computar as partes simultaneamente, em vez de uma de cada vez em uma série. Para que a computação paralela funcione com eficiência, os dados precisam ser trocados entre os processadores do computador e, assim, as empresas começaram a construir “supercomputadores” com vários processadores de computador fortemente acoplados.

Os mais novos supercomputadores podem executar um quatrilhão (um milhão de bilhões) de cálculos por segundo e um quintilhão (um bilhão de bilhões) de cálculos está à vista. Mas esses computadores são caros – até US $ 500 milhões – e exigem muito espaço e manutenção. Os clusters de computadores em rede menos poderosos, mas mais flexíveis, agora podem fazer quase tudo e deram origem ao termo computação de alto desempenho.

Hoje, a maioria das empresas de computação em nuvem, da Amazon ao Google e à Microsoft, oferece acesso a hardware de computação de alto desempenho, que é quase tão poderoso, mas muito mais versátil do que supercomputadores. Qualquer empresa pode agora controlar a computação em pé de igualdade com a NASA ou a Boeing.

Apenas cerca de 12 por cento da computação de alto desempenho ocorre atualmente na nuvem, mas esse número – cerca de US $ 5,3 bilhões – está crescendo 25 por cento ao ano, de acordo com Rescale.

Pesquisadores, cientistas e engenheiros podem usar qualquer computador desktop e navegador para acessar facilmente a supercomputação por meio de serviços em nuvem onde os recursos são sob demanda e cobrados pelo consumo. Como a demanda por recursos de computação continua a crescer, os serviços em nuvem estão crescendo em popularidade entre grupos de pesquisa e desenvolvimento e campos de ciência aplicada por causa de sua acessibilidade, flexibilidade e investimento mínimo de custo e tempo inicial.

Uma única carga de trabalho de computação de alto desempenho para otimizar o projeto de uma asa de aeronave pode custar US $ 20.000, enquanto as cargas de trabalho de aprendizado de máquina usadas nas fases anteriores de desenvolvimento podem ser facilmente muito mais caras. A Firefly afirma que normalmente gasta milhares a dezenas de milhares de dólares por hora em seus cálculos – ainda muito menos do que o custo de construção e manutenção de um computador de alto desempenho.

Os desenvolvedores de software já usam a computação em nuvem há algum tempo, mas engenheiros e cientistas estão apenas começando a aproveitar o poder da nuvem – transformando sonhos em realidade para empresas voltadas para a ciência, como a startup de transporte HyperXite , a inovadora empresa de energia Commonwealth Fusion Systems e o fabricante autônomo de carros voadores Kitty Hawk (que prefere o termo “veículos elétricos de decolagem e pouso vertical”).

A Firefly, por exemplo, foi fundada em 2014 e hoje conta com cerca de 350 funcionários. No entanto, eles estão construindo tudo, desde os motores do foguete e corpo de fibra de carbono a um módulo de aterrissagem lunar que vai de um projeto conceitual hoje a uma missão planejada para a lua em 2023. Programa Apollo da NASA no final dos anos 60 e início dos anos 70, por em contraste, empregou centenas de milhares de pessoas e contratou dezenas de milhares de empresas externas.

“Novas start-ups espaciais com 1.000 funcionários ou menos dependem realmente dessa computação em nuvem”, disse Brigette Oakes, diretora de design e análise da Firefly. Seu pequeno tamanho contrasta com suas finanças: a empresa anunciou recentemente que havia levantado US $ 75 milhões em capital privado e estava avaliada em cerca de US $ 1 bilhão .

Os principais componentes dos supercomputadores foram gradualmente transformados em mercadoria e simplificados para facilitar e agilizar o uso. Na década de 1990, muito antes do surgimento da computação em nuvem, era possível remendar um supercomputador de homem pobre usando servidores de ponta e equipamentos de rede especializados. Com o tempo, esses clusters de computação de alto desempenho ficaram cada vez melhores e, por fim, as empresas de computação em nuvem os disponibilizaram em suas redes.

Antes da ampla disponibilidade desse tipo de computação, as organizações construíam protótipos caros para testar seus projetos. “Na verdade, construímos um protótipo em escala real e o executamos até o fim da vida antes de implantá-lo no campo”, disse Brandon Haugh, um engenheiro de projeto central, referindo-se a um reator nuclear em que trabalhou com os EUA Marinha. “Foi um teste multibilionário de 20 anos.”

Hoje, o Sr. Haugh é o diretor de modelagem e simulação da empresa iniciante de engenharia nuclear Kairos Power , com sede na Califórnia , onde aprimora o projeto de reatores acessíveis e seguros que Kairos espera que ajudem a acelerar a transição do mundo para a energia limpa.

A energia nuclear há muito é considerada uma das melhores opções para a produção de eletricidade com carbono zero – exceto por seu custo proibitivo. Mas os reatores avançados da Kairos Power estão sendo projetados para produzir energia a custos competitivos com o gás natural.

“A democratização da computação de alto desempenho agora chegou até o início, permitindo que empresas como a nossa iterem rapidamente e passem do conceito à implantação em campo em tempo recorde”, disse Haugh.

Mas a computação de alto desempenho na nuvem também criou novos desafios.

Nos últimos anos, tem havido uma proliferação de chips de computador personalizados construídos propositadamente para tipos específicos de problemas matemáticos. Da mesma forma, agora existem diferentes tipos de memória e configurações de rede na computação de alto desempenho. E os diferentes provedores de nuvem têm diferentes especializações; um pode ser melhor em dinâmica de fluidos computacional, enquanto outro é melhor em análise estrutural.

O desafio, então, é escolher a configuração certa e obter a capacidade quando você precisa – porque a demanda aumentou drasticamente. E embora os cientistas e engenheiros sejam especialistas em seus domínios, eles não são necessariamente em configurações de servidores, processadores e similares.

Isso deu origem a um novo tipo de especialização – especialistas em computação em nuvem de alto desempenho – e novas plataformas de nuvem cruzada que atuam como balcões únicos onde as empresas podem escolher a combinação certa de software e hardware. A Rescale, que trabalha em estreita colaboração com todos os principais provedores de nuvem, é a empresa dominante neste campo. Ele combina problemas de computação para empresas, como Firefly e Kairos, com o provedor de nuvem certo para fornecer computação que cientistas e engenheiros podem usar para resolver problemas mais rápido ou com o menor custo possível.

O custo de executar uma simulação na nuvem pode ser menos de um décimo do custo de uma empresa construindo seu próprio computador de alto desempenho, e os provedores de nuvem atualizam continuamente seus chips de computador, algo que as empresas com seu próprio hardware são menos propensas a fazer.

A Firefly, que se baseou fortemente em simulações para projetar seu foguete, está planejando enviar suas primeiras cargas úteis para o espaço dentro de alguns meses e, em seguida, em alguns anos, enviar seu módulo de pouso à Lua para ajudar a NASA a se preparar para futuras missões tripuladas. O desenvolvimento total do foguete levou menos de quatro anos, um tempo notavelmente curto para um foguete desse tamanho.

“Após nosso primeiro pouso lunar, esperamos enviar uma série de missões de reabastecimento à lua, tanto para a NASA quanto para clientes comerciais”, disse Oakes. “Se você conseguir fazer seu preço chegar a US $ 15 milhões ou menos por lançamento, terá mais clientes do que caberia em seu manifesto.”

Trazer a computação em nuvem para os engenheiros muda a dinâmica da inovação. O projeto aeroespacial normalmente depende de testes em túnel de vento, por exemplo, mas o tempo de espera para entrar em um túnel de vento é de até dois anos – muito tempo para uma start-up como a Firefly. Simulações mais rápidas baseadas em nuvem, no entanto, podem fazer o mesmo trabalho.

“Estamos iterando tanto do foguete tão rapidamente que, quando tivermos o tempo do túnel de vento, teremos um foguete completamente diferente”, disse a Sra. Oakes. “Contamos com a computação em nuvem, em vez de testes de hardware caros.”

Fonte: The New York Times