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Comissão Europeia - Ficha informativa

Computação de alto desempenho e iniciativa EuroHPC

Bruxelas, 11 de janeiro de 2018

Perguntas e respostas

O que são a computação de alto desempenho e a computação à exaescala?

A computação de alto desempenho (HPC) é um ramo da informática que se ocupa de tarefas científicas e de engenharia tão exigentes em termos de computação que os cálculos não podem ser realizados por computadores de uso geral. As máquinas utilizadas na HPC são frequentemente denominadas «supercomputadores».

A próxima fronteira da supercomputação é a computação à exaescala, (isto é, pelo menos 1018, ou 1 trilião, de operações por segundo), que se espera seja alcançada por volta de 2021-2022.

Que tipo de desafios societais, científicos e industriais podem ser resolvidos pela HPC?  

Devido à sua natureza interdisciplinar e à sua capacidade para tratar grandes quantidades de dados e proceder a cálculos complexos, a HPC é essencial para abordar uma grande variedade de desafios societais, científicos e industriais:

  1. Ciências da Terra e Clima

A HPC é fundamental para o estudo e previsão do clima, permitindo ter previsões meteorológicas mais precisas e mais próximas do tempo real, prever e gerir as grandes catástrofes naturais, como ciclones devastadores, ou estudar o comportamento dos oceanos. Entre 1970 e 2012, as condições climáticas extremas causaram 149 959 mortes e provocaram prejuízos de 270 mil milhões de EUR na Europa. As previsões meteorológicas estão muito dependentes de simulações numéricas executadas em supercomputadores. Quanto mais potente é um supercomputador, maior é a precisão e antecedência com que os meteorologistas podem prever a dimensão e as trajetórias de tempestades e inundações e contribuir para a tomada de decisões como a ativação de sistemas de alerta precoce em tempo útil para a evacuação da população e o salvamento de vidas humanas.

As tecnologias HPC permitem também uma simulação das alterações climáticas com uma resolução cada vez mais elevada (por exemplo, no estudo do comportamento dos oceanos) e um controlo mais exato da evolução dos recursos terrestres. A HPC contribui ainda para o nosso conhecimento sobre os processos geofísicos e estruturais no interior da Terra, o que nos ajuda a compreender melhor catástrofes naturais como os terramotos. Para mapear as zonas de risco, os sismólogos utilizam dados registados em mais de 10 000 sismómetros instalados em todo o mundo. No entanto, esta enorme quantidade de dados apenas pode ser processada com recurso a potentes infraestruturas HPC.

  1. Energia segura, não poluente e eficiente

A HPC é um instrumento essencial para a conceção de parques de energias renováveis ou de materiais fotovoltaicos de elevado desempenho, o ensaio de materiais novos e mais eficientes para os painéis solares ou ainda a otimização das turbinas para a produção de eletricidade. Por exemplo, a viabilidade comercial dos parques eólicos pode ser estimada com avaliações precisas dos recursos eólicos e da própria conceção dos parques e com simulações de pequena escala para prever a produção diária de energia. No setor da energia eólica, a HPC é um instrumento fundamental, em especial em sítios com características complexas.

Graças à energia de fusão, as atuais centrais nucleares poderiam ser substituídas por uma fonte de energia mais segura, respeitadora do ambiente e praticamente inesgotável. Os atuais reatores de fusão experimentais utilizam a HPC para simular e resolver o comportamento de um plasma de fusão, incluindo as instabilidades, o transporte turbulento, a interação plasma-parede e o aquecimento.

  1. Saúde, alterações demográficas e bem-estar

A HPC é um dos motores do desenvolvimento de novas formas de medicina. .A medicina personalizada e de precisão depende fortemente da HPC para processar as informações sobre os genes, as proteínas e o ambiente de uma pessoa, por forma a prevenir, diagnosticar e tratar doenças. No caso do cancro, por exemplo, cada doença tem a sua própria composição genética, conferindo às células e tecidos de cada tumor características únicas, com tendências e vulnerabilidades específicas. A medicina personalizada e de precisão permitirá assim reorientar os doentes para o tratamento certo, respondendo ao mesmo tempo às suas necessidades específicas.

A deteção precoce de doenças raras é outro desafio que a HPC pode abordar de forma mais eficiente. Graças às tecnologias HPC, certos diagnóstico e análises que hoje exigem semanas poderão vir a ser concluídos em poucos dias.

A HPC permite também uma análise mais rápida e eficaz das sequenciações genómicas. São cerca de 4100 as doenças genéticas que afetam os seres humanos, uma das principais causas de mortes infantis.

Na investigação biomolecular, a HPC é também utilizada para investigar a dinâmica das biomoléculas e proteínas em células humanas, que é crucial para tratar mais eficazmente não só as doenças autoimunes como também o cancro e a diabetes. No domínio da investigação sobre o cérebro, como no projeto «Human Brain», um programa emblemático do FET, a HPC é utilizada na simulação e modelação de alta resolução e em várias escalas do cérebro humano, para compreender a sua organização e funcionamento.

Por último, mas não menos importante, a HPC é uma pedra angular para o desenvolvimento de novos medicamentos. O tempo necessário para o desenvolvimento de um novo medicamento varia entre 10 e 17 anos. Este desenvolvimento tem também custos crescentes associados, que o tornam cada vez mais incomportável tanto para as empresas como para os doentes. O ensaio de moléculas que possam vir a ser utilizadas como fármacos pode ser consideravelmente acelerado pela utilização da HPC. A HPC também pode ajudar a reorientar fármacos existentes para o tratamento de novas doenças. Tal seria benéfico para o tratamento dos doentes, oferecendo também uma forte redução dos custos do processo.

  1. Segurança alimentar, agricultura sustentável, investigação marinha e bioeconomia

A HPC é crucial para o desenvolvimento de uma agricultura mais sustentável, através da otimização da produção de alimentos, da análise dos fatores de sustentabilidade e da vigilância e controlo das doenças, das pragas e dos efeitos dos pesticidas. A utilização de aplicações HPC pode passar, por exemplo, pelas etiquetas de identificação por radiofrequências (RFID), que armazenam e descarregam automaticamente dados sobre o teor de humidade, o peso e a posição GPS de um determinado fardo de palha. No futuro, micro-etiquetas, de dimensão semelhante às partículas do solo, serão utilizadas em grande escala para medir variantes como a humidade, a incidência de doenças e até se a cultura está pronta para colheita.

As tecnologias HPC podem também ajudar a gerir a água e os recursos agrícolas de uma forma mais eficiente e ajudar as comunidades vulneráveis de uma determinada região através de uma melhor gestão e resposta às secas.

  1. Cibersegurança e defesa

A HPC é essencial para a segurança e defesa nacionais, por exemplo no desenvolvimento de tecnologias de cifragem complexas, na deteção e resposta a ciberataques e numa investigação forense eficiente, ou em simulações nucleares.

Quanto à cibersegurança, a HPC, em combinação com as técnicas de inteligência artificial e de aprendizagem automática, é utilizada para a deteção de comportamentos estranhos dos sistemas, de ameaças internas aos próprios sistemas e de fraude eletrónica, de padrões muito precoces de ciberataques (em apenas algumas horas, em vez de alguns dias) ou da potencial utilização abusiva de sistemas automatizados, bem como para tomar atuar imediatamente em caso de ameaça hostil.

Além disso, a HPC é cada vez mais utilizada no âmbito da luta contra o terrorismo e a criminalidade, por exemplo por via do reconhecimento facial ou da deteção de comportamentos suspeitos em espaços públicos muito frequentados.

  1. Planeamento urbano inteligente, ecológico e integrado

As tecnologias HPC ajudam a desenvolver cidades mais inteligentes graças a um controlo mais eficaz das grandes infraestruturas de transportes, que exige uma análise em tempo real de enormes quantidades de dados.

Por exemplo, o desenvolvimento de veículos autónomos irá depender da HPC, uma vez que estes veículos utilizarão uma grande variedade de dados para monitorizarem e otimizarem constantemente a navegação, o estado das estradas, o estado do veículo e a segurança e o conforto dos passageiros. Os veículos autónomos vão proceder ao intercâmbio constante de dados com os sistemas de gestão e de supervisão e sincronizar com grandes bases de dados que enviam continuamente informações em tempo real sobre o ambiente local, o estado do trânsito, os alertas de emergência e as condições meteorológicas.

  1. Cosmologia e astrofísica

Os cientistas utilizam a HPC para uma observação mais precisa do espaço, para a simulação de eventos violentos na sequência do Big Bang que podem ter provocado ondas gravitacionais, para a deteção de supernovas e de sistemas com estrelas binárias ou para a compreensão da energia e da matéria negra.

Qual é a relevância da HPC para o Mercado Único Digital?

O objetivo do Mercado Único Digital consiste em derrubar as barreiras virtuais e passar de 28 mercados nacionais para um único mercado. Um Mercado Único Digital plenamente funcional poderá contribuir com 415 mil milhões de EUR anuais para a economia da UE e criar centenas de milhares de novos postos de trabalho. A HPC tem um enorme potencial para a criação de emprego, na perspetiva do Mercado Único Digital.

A HPC é, em especial, um fator fundamental para a digitalização, inovação e competitividade da indústria. A EuroHPC criará um ambiente que permitirá à indústria europeia e, em especial, às pequenas e médias empresas (PME), beneficiar de um melhor acesso a supercomputadores para desenvolver produtos inovadores.

Por permitir tratar e processar enormes quantidades de dados em tempo real, a HPC é fundamental para construir uma economia dos dados vibrante, enquanto um ecossistema integrado de computação à exaescala e de grandes volumes de dados permitirá à UE tirar dai o máximo partido e assegurar, ao mesmo tempo, um elevado nível de segurança e de proteção dos dados. A infraestrutura EuroHPC permitirá o tratamento de dados sensíveis na Europa, protegendo a sua privacidade, os direitos de propriedade e os direitos de acesso e exploração na Europa.

Por que razão é necessária uma iniciativa a nível da UE em matéria da HPC?

Não obstante os esforços e os investimentos efetuados até à data, a UE não possui os supercomputadores mais eficientes e aqueles que existem dependem de tecnologias não europeias. As capacidades de cálculo disponíveis não podem satisfazer uma procura crescente. Para colmatar esta lacuna, os cientistas e a indústria europeus recorrem cada vez mais ao tratamento de dados fora da UE. Isto poderá criar problemas relacionados com a privacidade, a proteção de dados, os segredos comerciais e a propriedade dos dados, em particular no que respeita às aplicações sensíveis.

A cadeia de abastecimento de tecnologia HPC europeia é fraca e a integração de tecnologias europeias nas máquinas de HPC em utilização continua a ser insignificante. Sem perspetivas claras de um mercado-piloto e da venda de uma máquina à exaescala ao setor público, os fornecedores europeus não quererão correr o risco de desenvolver as suas próprias máquinas.

Além disso, atualmente, cada Estado-Membro está a investir no desenvolvimento e aquisição da sua própria infraestrutura HPC. Apesar dos investimentos significativos tanto a nível nacional como a nível da UE, em comparação com os seus concorrentes dos EUA, da China ou do Japão a Europa apresenta um claro défice de investimento na HPC, avaliado entre 500 e 750 milhões de EUR anuais. A escala dos recursos e investimentos financeiros que são necessários para um ecossistema HPC à exaescala sustentável tornou-se tão importante que nenhum país europeu tem capacidade para o levar a cabo nos prazos que seriam compatíveis com os dos nossos concorrentes de fora da UE. Por conseguinte, é necessário que os Estados-Membros coordenem as suas estratégias de investimento HPC a nível europeu e partilhem recursos.

O agrupamento e a racionalização dos esforços a nível da UE é indispensável. A partilha de infraestruturas e a utilização comum das capacidades existentes seriam benéficas para todos: indústria, PME, ciência, setor público e, em especial, para os Estados-Membros (mais pequenos) que não dispõem de infraestruturas nacionais de HPC autossuficientes. Em particular, asseguraria o acesso autónomo por parte da UE a tecnologias de topo no domínio da computação de alto desempenho.

O que é a iniciativa EuroHPC?

Em 10 de maio de 2017, na sua Comunicação sobre a revisão intercalar da Estratégia para o Mercado Único Digital, a Comissão Europeia confirmou os seus planos de investimento na HPC e anunciou a sua intenção de propor um novo instrumento jurídico que forneça um quadro de contratação pública que conduza a uma política integrada da UE em matéria de infraestruturas de dados e de supercomputação à exaescala. A iniciativa procura encontrar um meio eficaz e eficiente para o coinvestimento da Europa e dos Estados-Membros no sentido de criar um ecossistema europeu de HPC e de megadados, em termos das respetivas tecnologias, aplicações e competências, que deverá estar assente numa computação de alto desempenho e numa infraestrutura de dados de craveira mundial.

A iniciativa permitirá a aquisição conjunta de máquinas de HPC, proporcionando a todos os Estados-Membros o acesso a supercomputadores com um desempenho comparável ao das melhores máquinas existentes a nível mundial. Estas máquinas, integradas numa infraestrutura pan-europeia, estarão disponíveis para os investigadores científicos e industriais e para o setor público, independentemente da sua localização. A maior disponibilidade e acessibilidade dos recursos de HPC servirá para motivar os utilizadores a conservarem as suas atividades e dados na Europa, contribuindo para conservar as competências fundamentais e o potencial humano nos Estados-Membros.

Por que razão propõe a Comissão uma Empresa Comum para a execução da iniciativa EuroHPC?

Os instrumentos de financiamento atuais têm limitações quando aplicados a uma cooperação em grande escala no domínio dos supercomputadores. A avaliação de impacto concluiu que é preferível executar a EuroHPC através de uma Empresa Comum. Este instrumento jurídico permite unir forças com os Estados-Membros para apoiar o desenvolvimento de uma infraestrutura pan-europeia de computação de alto desempenho e de dados. Abordará três necessidades urgentes:

  • adquirir e implantar na Europa, em prazos competitivos, uma infraestrutura HPC pré-exaescala de craveira mundial;
  • colocar essa infraestrutura à disposição de utilizadores públicos e privados, para o desenvolvimento de aplicações industriais e científicas de ponta;
  • apoiar o desenvolvimento da próxima geração de tecnologias HPC europeias e a sua integração em sistemas à exaescala, em prazos concorrencialmente compatíveis com os nossos concorrentes mundiais.

A Empresa Comum EuroHPC permitirá combinar eficazmente a aquisição conjunta e a copropriedade de supercomputadores, bem como o investimento no desenvolvimento de tecnologias para as máquinas adquiridas, entre a Comissão e os Estados-Membros.

Quais serão os membros da Empresa Comum EuroHPC?

Haverá duas categorias de membros na Empresa Comum EuroHPC: os membros públicos e os membros privados. Os membros públicos serão a União Europeia (representada pela Comissão Europeia) e os 13 Estados-Membros e países associados que já assinaram a Declaração EuroHPC. Outros Estados-Membros e países associados podem aderir à Empresa Comum a qualquer momento.

Os membros privados da Empresa Comum serão representantes de partes interessadas no domínio da HPC, nomeadamente do mundo académico e da indústria. Duas PPP contratuais (a ETP4HPC e a Big Data Value Association) apresentaram cartas de apoio à implementação da Empresa Comum EuroHPC.

A Empresa Comum EuroHPC deverá iniciar funções no decorrer de 2019 e continuará operacional até ao final de 2026.

Qual será o orçamento da Empresa Comum EuroHPC?

A Empresa Comum EuroHPC será financiada conjuntamente pelos seus membros. A contribuição financeira da União deverá cobrir despesas administrativas e operacionais e será, no máximo, de 486 milhões de EUR, através de autorizações orçamentais efetuadas no âmbito do atual quadro financeiro plurianual (QFP) e, mais especificamente, do programa Horizonte 2020 e do Mecanismo Interligar a Europa (MIE).

Este montante será complementado por uma contribuição no mesmo montante dos Estados participantes, como parte dos seus programas nacionais em matéria de HPC. As entidades privadas devem igualmente fornecer contribuições em espécie, como parte do seu compromisso atual nas parcerias público-privadas contratuais ETP4HPC e BDVA.

Com um orçamento total de cerca de mil milhões de EUR, a Empresa Comum estará em funcionamento até 2026.

A Empresa Comum EuroHPC proporcionará apoio financeiro sob a forma de contratos públicos ou de subvenções para investigação e inovação aos participantes em convites à apresentação de propostas abertos e concorrenciais. Estes convites são semelhantes aos organizados pela Comissão no quadro do programa Horizonte 2020 ou para projetos de inovação.

Qual é a relação entre a HPC e a inteligência artificial e as tecnologias relacionadas com a aprendizagem profunda?

As tecnologias relacionadas com a aprendizagem profunda são facilitadas pela utilização da HPC. As capacidades de supercomputação utilizadas em conjunto com a inteligência artificial permitem que a aprendizagem automática seja mais rápida e mais eficiente, o que por sua vez contribui para criar tecnologias e soluções mais inovadoras que melhoram a nossa vida quotidiana.

Recentemente, a utilização da inteligência artificial e das técnicas de aprendizagem profunda em combinação com a HPC conduziu igualmente a grandes avanços em domínios como a segmentação (reconhecimento de padrões), o reconhecimento vocal (reconhecimento e tradução por computadores de língua falada para texto) ou os veículos autónomos.

A combinação da HPC, da inteligência artificial e das tecnologias de aprendizagem profunda é importante em domínios como a cibersegurança, ajudando a detetar, numa fase precoce, comportamentos estranhos dos sistemas, ameaças internas aos próprios sistemas e fraude eletrónica e outros padrões relacionados com ciberataques (em apenas algumas horas, em vez de alguns dias). Ajuda igualmente a identificar potenciais utilizações indevidas dos sistemas e a atuar de forma imediata e automatizada para evitar ameaças hostis.

Para mais informações:

Comunicado de imprensa: «A Europa investe em supercomputadores»

 

 

MEMO/18/3

Contactos para a imprensa:

Perguntas do público em geral: Europe Direct pelo telefone 00 800 67 89 10 11 ou por e-mail


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