O que é um teraflop?
No mundo da informática, o termo teraflop (TFLOP) tornou-se um indicador da potência de cálculo dos computadores. Neste artigo, vamos explorar a importância dos teraflops em diferentes áreas tecnológicas, como a computação de alto desempenho, as consolas de videojogos e a inteligência artificial.
Definição de um FLOP em informática
O acrónimo FLOP provém do inglês «floating-point operations per second» (operações de vírgula flutuante por segundo). Estas incluem números irracionais e pontos decimais, e são muito mais complexas do que as operações de vírgula fixa. As operações de vírgula flutuante são usadas para medir a potência de cálculo de um sistema particular.
O teraflop dá uma ideia das capacidades da GPU (Graphics Processing Unit) e pode revelar-se útil quando é preciso, por exemplo, escolher uma boa placa gráfica. Neste caso, é melhor ter uma que seja capaz de lidar com mais operações ou funções matemáticas.
Unidade de desempenho dos processadores
Como o flop é uma unidade que permite medir o desempenho de um processador, podemos criar uma escala que indica as capacidades de cálculo. Cada termo abaixo corresponde a uma escala específica.
Yottaflops
Representa 10^24 FLOPS. Esta escala é teórica e ainda não foi atingida com a tecnologia atual. Indica a capacidade de um processador para executar um septilião de operações de vírgula flutuante por segundo. O yottaflop desafia a nossa imaginação em termos de aplicações práticas, mas poderia ajudar-nos a resolver problemas avançados, como a simulação precisa da natureza do universo.
Teraflops
Equivalente a 10^12 FLOPS. Esta escala é frequentemente utilizada para os servidores de alto desempenho e certas consolas de videojogos, podendo efetuar um trilião de operações de vírgula flutuante por segundo. São essenciais para os supercomputadores modernos e para as instalações de investigação de ponta. São usados em áreas como a modelização meteorológica, a investigação em biologia molecular, a conceção de medicamentos e a física de partículas.
Zettaflops
Corresponde a 10^21 FLOPS. Também é uma escala teórica que indica a capacidade de executar um sextilião de operações de vírgula flutuante por segundo. Esta escala continua a estar longe do alcance das tecnologias atuais. Pode ser usada para abordar desafios científicos e tecnológicos futuros, tais como a simulação precisa do cérebro humano ou a resolução de problemas complexos de física quântica.
Gigaflops
Equivalente a 10^9 FLOPS, o que corresponde a mil milhões de operações de vírgula flutuante por segundo. Trata-se de um nível de cálculo comum para os computadores pessoais modernos, bem como para algumas consolas de videojogos. Esta escala é utilizada para tarefas como a renderização gráfica, a aprendizagem automática de base e simulações científicas mais avançadas.
Exaflops
Representa 10^18 FLOPS. Esta escala está na vanguarda da tecnologia atual das supercalculadoras e permite efetuar um quintilião de operações de vírgula flutuante por segundo. Abre caminho a uma modelização ainda mais complexa, como a simulação detalhada do comportamento dos materiais, a investigação sobre a fusão nuclear ou a compreensão aprofundada de sistemas biológicos complexos.
Megaflops
Corresponde a 10^6 FLOPS, indicando um milhão de operações de vírgula flutuante por segundo. Esta escala, mais relevante para os primeiros supercomputadores, era comummente utilizada para aplicações científicas e HPC nas décadas de 1980 e 1990. Atualmente, continua a ser útil para aplicações como a análise de dados, a visualização científica e simulações menos complexas.
Petaflops
Representa 10^15 FLOPS. Esta escala é comummente usada nos supercomputadores modernos. São capazes de realizar um quadrilião de operações de vírgula flutuante por segundo. Isto permite simulações complexas de fenómenos naturais, previsões climáticas de longo prazo, análises genómicas em grande escala e aplicações avançadas de aprendizagem automática.
Kiloflops
Equivale a 10^3 FLOPS, ou seja, mil operações de vírgula flutuante por segundo. Esta escala está associada aos primeiros computadores ou dispositivos informáticos modernos muito simples. Geralmente, são adequados para tarefas básicas de computação, mas tornaram-se obsoletos para as aplicações modernas.
A compreensão destas escalas irá permitir-lhe avaliar a potência de cálculo e a eficácia de vários processadores, em especial quando comparar diferentes computadores ou quando avaliar necessidades para tarefas informáticas específicas. À medida que a tecnologia progride, vamo-nos aproximando de escalas mais altas, o que permite cálculos mais complexos e rápidos.
Como são calculados os FLOPS?
Calculam-se contando o número de operações de vírgula flutuante (tais como multiplicações, divisões, adições e subtrações) que podem ser efetuadas por um processador. Esta medida é frequentemente utilizada na computação de alto desempenho (HPC, ou High Performance Computing), ou então para as necessidades dos modelos de inteligência artificial.
- FLOPS de Precisão Simples (PS): são calculados com números de vírgula flutuante de precisão simples em 32 bits.
- FLOPS de Precisão Dupla (PD): são calculados com números de vírgula flutuante de precisão dupla, que usam 64 bits.
Utilização dos teraflops
Os teraflops são utilizados para avaliar as capacidades dos sistemas em domínios tão diversos como os videojogos, o tratamento de dados e os sistemas HPC. Graças à sua capacidade de realizar tarefas complexas e exigentes, os teraflops abrem possibilidades antes inimagináveis, influenciando significativamente o desenvolvimento tecnológico e os avanços nestes setores essenciais.
Videojogos
No mundo dos videojogos, os teraflops desempenham um papel importante na qualidade gráfica e no desempenho global de uma consola de jogos ou de um PC. Quanto maior for o número de teraflops, maior será a capacidade de um sistema de restituir ambientes detalhados e imersivos, gerir simulações físicas complexas e fornecer frequências de imagens mais fluidas.
Tratamento de dados e cloud computing
No domínio do tratamento de dados, a importância dos teraflops é particularmente evidente no contexto do cloud computing. Os prestadores de serviços cloud utilizam servidores dotados de capacidades de cálculo de nível teraflópico para gerir e tratar eficazmente grandes conjuntos de dados.
Isto permite uma análise rápida e precisa, essencial para o Big Data, a inteligência artificial e a aprendizagem automática. Graças à potência de cálculo disponível para os serviços cloud, as empresas podem aceder a recursos informáticos de alto desempenho sem terem de suportar os custos e a complexidade associados à manutenção de uma infraestrutura própria.
Cálculos HPC
No domínio do HPC, os teraflops permitem medir a potência necessária para resolver os problemas científicos e técnicos mais complexos. Os sistemas HPC costumam funcionar da escala dos petaflops em diante.
Baseiam-se num imenso poder de cálculo que permite realizar simulações aprofundadas, cálculos quânticos complexos, modelações climáticas e muito mais.
O impacto do GPU cloud
O surgimento do GPU cloud desempenha um papel revolucionário na utilização dos teraflops. Esta tecnologia permite aos utilizadores aceder aos recursos HPC, geralmente geridos por GPU, através da cloud. Tal abordagem possibilita uma maior flexibilidade, ideal para aplicações com utilização intensiva de dados.
Graças ao GPU cloud, tornam-se acessíveis a um maior número de utilizadores e de empresas capacidades teraflópicas maciças, eliminando a necessidade de investimentos pesados em hardware e oferecendo uma potência de tratamento avançada e evolutiva.
Será que mais TFLOP se traduz em dispositivos mais rápidos e em grafismos de melhor qualidade?
Embora esta hipótese esteja correta em certos casos, não é raro que os processadores gráficos dotados de teraflops mais elevados ofereçam desempenhos nitidamente inferiores. Pode parecer estranho, mas é bastante semelhante ao que se observa com a potência em watts. Há, portanto, vários fatores a ter em conta.
Para melhor explicar o funcionamento destas variáveis, podemos fazer uma analogia com uma lanterna. A potência da lâmpada desempenha um papel importante, pois permite emitir mais luz. No entanto, também deverá ter em conta a autonomia da bateria, a qualidade da lente e do refletor, bem como o design e a ergonomia da lâmpada.
Deve-se, portanto, ter em conta outros fatores:
- Número de núcleos: os processadores modernos são dotados de vários núcleos, sendo cada um deles capaz de tratar tarefas de forma independente. Quanto mais núcleos houver, mais eficazmente o processador poderá executar múltiplas tarefas em simultâneo.
- Frequência do processador (clock speed): esta frequência é medida em gigahertz (GHz) e indica a velocidade a que um processador pode executar instruções. Uma frequência mais elevada significa geralmente um tratamento de dados mais rápido.
- Memória cache: a cache do processador é uma pequena quantidade de memória muito rápida. Armazena os dados frequentemente utilizados a fim de acelerar o acesso aos mesmos. Uma maior cache pode melhorar significativamente o desempenho.
- Compatibilidade com a placa-mãe: certifique-se de que o seu processador é compatível com os chips e o socket da placa-mãe.
- Potência térmica nominal (Rated Thermal Power, ou TDP): o TDP indica a quantidade máxima de calor gerada pelo processador, o que tem consequências no arrefecimento e no consumo de energia do seu sistema.
- Desempenho gráfico integrado: alguns processadores dispõem de uma placa gráfica integrada que pode ser suficiente para tarefas básicas.
- Compatibilidade com tecnologias mais recentes: um processador mais recente pode ser compatível com tecnologias mais recentes, como PCIe 4.0/5.0, DDR4/DDR5 RAM e outras funcionalidades que podem influenciar o desempenho e a compatibilidade futuros.
- Preço e relação qualidade/preço: o custo do processador relativamente ao seu desempenho.
Perguntas frequentes
O que significa o termo «flop» em informática?
As operações de vírgula flutuante por segundo permitem medir o desempenho de um computador em função do número de cálculos que o processador é capaz de efetuar.
Como calcular os TFLOP?
Número de TFLOP = (núcleos × frequência do relógio × operações por ciclo) / 1 000 000 000 000). O número de núcleos de tratamento no CPU ou GPU. O desempenho real pode ser inferior devido a fatores como limitações térmicas, eficiência do software e travamentos do sistema.
Existem supercomputadores capazes de efetuar cálculos da ordem dos petaflops?
Sim, há muitos supercomputadores que conseguem fazer isso. Antes era o limite do desempenho informático, mas a escala representa hoje em dia uma referência mais padronizada para os sistemas HPC.
Como é que a diferença de potência de cálculo afeta as aplicações reais?
A diferença de potência, especialmente quando comparamos computadores normais com sistemas HPC (como os supercomputadores), tem um impacto profundo numa variedade de aplicações da vida real. O fator-chave reside na capacidade de tratamento e análise de grandes quantidades de dados a velocidades sem precedentes.
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