CESAR reduz custo de supercomputadores para a Petrobras

Na indústria do petróleo, entender o reservatório e o seu comportamento é uma das etapas essenciais para saber se um determinado projeto é viável economicamente. No entanto, como não é possível enxergar essas estruturas a olho nu, as empresas utilizam simulações, que são feitas a partir de uma grande quantidade de dados geológicos e geofísicos, por exemplo, que são armazenados e processados em supercomputadores.

Essas atividades fazem parte da tecnologia chamada Computação de Alto Desempenho (HPC), que envolve a execução de tarefas complexas e pesadas em um conjunto de supercomputadores (os chamados “clusters”). A palavra “pesada” não foi escolhida à toa, uma vez que o processamento desses dados e dessas equações envolve um custo triplo: de execução, de forma que cada vez mais simulações sejam feitas em menos tempo; de compra, tendo em vista que o custo de aquisição desses supercomputadores é muito alto; e de uso de energia, dado que esses equipamentos funcionam 24 horas por dia, 7 dias por semana.

Por conta desses três principais custos, a academia e o mercado têm buscado estudar e investir na chamada HPC sustentável, com o objetivo de melhorar a eficiência desses supercomputadores. E, recentemente, a partir de um projeto firmado com a Petrobras, o Centro de Estudos e Sistemas Avançados do Recife (CESAR), centro de pesquisa e inovação com foco em design e na Tecnologia da Informação e Comunicação (TIC), teve resultados animadores, que trouxeram uma redução exponencial dos custos.

Anteriormente, essas simulações só funcionavam em CPUs (sigla em inglês para Unidade Central de Processamento) da Intel. Com o conhecimento dos pesquisadores do CESAR, foi possível fazer o porte para uma arquitetura nova, chamada ARM (Advanced RISC Machine), utilizando como base um chip da Nvidia. E, tendo feito esse porte, o CESAR conseguiu melhorar os três aspectos de custo do projeto: de execução de simulações, de aquisição e de uso de energia.

“Por meio desse projeto, vimos que resolver equações matemáticas em ARM traz um ganho de performance. Conseguir reduzir os três tipos de custo foi o melhor resultado que poderíamos ter tido até então. E esse trabalho acaba contribuindo para o conhecimento da academia, podendo ser usado como evidência para outras indústrias que utilizam HPC”, disse Vítor Barros Aquino, pesquisador do CESAR envolvido no projeto.

Esses resultados iniciais, que garantiram a eficácia da mudança de arquitetura, foram apresentados na edição de 2024 da Nvidia GTC, conferência global de Inteligência Artificial (IA) que reúne desenvolvedores, engenheiros, pesquisadores e profissionais de TI em San Jose, na Califórnia, nos EUA. E, na conferência deste ano, o CESAR apresentou os resultados de testes em dois tipos de simulações de reservatório já na arquitetura nova: uma relacionada ao fluxo de fluido, com o objetivo de entender como os fluidos de um reservatório se comportam a partir de uma extração, e outra relacionada ao aspecto geomecânico do reservatório, para visualizar as interações e tensões entre as rochas.

“É um pouco difícil quantificar o ganho que tivemos, porque cada simulação é única, tendo em vista que cada reservatório se comporta de uma determinada forma. E também não é possível comparar um reservatório com outro, porque reservatórios diferentes possuem ganhos diferentes. Mas, em média, conseguimos um resultado duas vezes mais rápido, dependendo da situação”, explicou Aquino.

Os próximos passos do projeto incluem, agora, publicar as alterações feitas pela equipe do CESAR no código que será implantado na arquitetura ARM. “Com isso, a gente entrega a possibilidade deste software ser executado em ARM de forma eficiente e otimizada. A arquitetura ARM é uma novidade no mundo da HPC. Desse modo, com esse estudo em mãos, a Petrobras se antecipa à chegada dessa nova arquitetura, entendendo quais poderão ser os seus ganhos em simulação, como é o caso deste projeto, para, então, decidir se compra um cluster ou não, uma vez que esses recursos computacionais são muito caros e precisam ser utilizados da forma mais eficiente possível", destacou o engenheiro.

Esse projeto, chamado Blue Sky, foi iniciado entre o CESAR e a Petrobras em 2023. No entanto, a parceria entre o ICT (Instituição Científica, Tecnológica e de Inovação) e a estatal começou em 2019, por meio de um projeto de dutos flexíveis feito em consórcio com a Coppe/UFRJ (Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa de Engenharia da Universidade Federal do Rio de Janeiro). Atualmente, o CESAR possui diversos projetos em curso na área de O&G, envolvendo mais de 200 pesquisadores. Todos os contratos foram firmados após licitação e por meio da cláusula de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação (PD&I) da ANP.

CESAR: um centro de pesquisa que já nasceu digital

O CESAR foi fundado em 1996 por professores do Centro de Informática da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), com o objetivo de trazer para a região, especificamente Pernambuco, um polo digital à semelhança do Vale do Silício. Com o passar dos anos, o hub de inovação ampliou sua atuação, e hoje atua em três frentes: educacional, oferecendo cursos de graduação, mestrados e doutorados profissionais; ventures, com o objetivo de acelerar startups; e de soluções robustas, que são desenvolvidas pela equipe do CESAR para clientes globais, entre multinacionais e big techs.

“São competências que se retroalimentam. Formamos talentos que desenvolvem pesquisas, e essas pesquisas geram um conhecimento que é aplicado nos nossos próprios projetos e vice-versa, tendo em vista que também trazemos desafios dos nossos clientes para os alunos. Nós temos 1,3 mil funcionários, todos CLTs, algo que não é comum no universo da pesquisa brasileira. Deste total, cerca de 100 são especialistas em design e 80 em IA. A receita anual do instituto é da ordem de R$ 430 milhões, e o resultado operacional é reinvestido no próprio ICT. Uma parte, por exemplo, é destinada a bolsas para estudantes de baixa renda na CESAR School”, disse Benedito Macedo, diretor-executivo do CESAR.

O design, assim como a Tecnologia da Informação e Comunicação (TIC), está no core business do CESAR, o que faz dele um ICT nativo digital. Além disso, um outro diferencial do CESAR são os projetos em parceria.

“Se o cliente chega com um problema para mim, a minha função é desenvolver uma solução para ele. E essa solução será encapsulada em uma plataforma digital, de forma que o funcionário, que muitas das vezes está na outra ponta do negócio, consiga entendê-la e usá-la. E, se eu não sei resolver esse problema, eu vou procurar alguém que saiba para trabalhar junto comigo. As parcerias servem para isso: para complementar o nosso conhecimento. Hoje, temos diversos projetos em comum com outras instituições, como a Coppe/UFRJ, a Universidade Federal de Alagoas (UFAL), a Unicamp, entre outras”, explicou o diretor-executivo.

Na visão de Macedo, o CESAR é a transformação digital que hoje se faz tão necessária na indústria do petróleo. “E sabemos que a transformação digital ocorre, primeiro, na mentalidade das pessoas. As mudanças só ocorrem se você consegue mostrar que existe uma outra forma de executar determinadas tarefas”, finalizou o diretor-executivo.

Além do Recife, o CESAR possui uma regional em Manaus (AM) e escritórios comerciais no Rio de Janeiro (RJ) e São Paulo (SP). Fora do Brasil, atende na Flórida, nos EUA, e em Aveiro, em Portugal.

Saiba mais sobre a atuação do CESAR no setor de Óleo e Gás.

https://www.cesar.org.br/