Como medimos a real potência de um computador?

Quando vemos notícias como:
“O supercomputador mais rápido do mundo alcança 1 exaFLOP!”, pode parecer (e talvez seja) algo absurdo e impossível de entender.

Mas… o que isso realmente significa?

Vamos tentar entender isso neste post.

O que é FLOP?

FLOP significa:

Floating Point Operation (Operação de ponto flutuante)
é uma única operação matemática com números decimais.

Exemplos:

Cada cálculo desses é um FLOP.

FLOPS ≠ FLOP

Detalhe importante:

-FLOP → uma operação

-FLOPS → Floating Point Operations Per Second

Quantas operações de ponto flutuante o computador consegue fazer por segundo.

A partir daqui mudamos completamente a interpretação.

Entendendo os FLOPS

É muito comum pensar algo assim:

“Meu PC faz 150 bilhões de cálculos de ponto flutuante por ciclo.”

Mas não é bem assim.

Se uma CPU tiver 1 Hz de clock, significa que ela terá 1 ciclo por segundo.

Ciclo de Clock: É o pulso elétrico que sincroniza os componentes.

Instrução: Uma tarefa simples (como somar 1 + 1) pode levar um ciclo, vários ciclos ou, em processadores modernos, o chip pode realizar várias instruções em um único ciclo (tecnologia chamada superscalar).

E tome cuidado:

1 ciclo não significa necessariamente 1 FLOP.

O seu PC pode precisar de mais de um ciclo para realizar determinada operação matemática de ponto flutuante.

As CPUs atuais funcionam em ciclos (GHz), mas o desempenho teórico em FLOPS depende da fórmula:

FLOPS = Número de Cores x Frequência (Hz) x Operações por Ciclo

Se o processador roda a 3 GHz, isso significa que ele faz 3 bilhões de ciclos por segundo.

E dentro de cada ciclo ele pode executar múltiplas operações, graças a:

Ou seja: uma CPU pode realizar vários FLOPs em um único ciclo.

Escala dos FLOPS

Unidade Valor
1 GFLOP 1 bilhão de operações por segundo
1 TFLOP 1 trilhão
1 PFLOP 1 quatrilhão
1 EFLOP 1 quintilhão

Nesse ponto, os cálculos que uma máquina pode realizar começam a ficar difíceis até de imaginar.

O computador mais rápido do mundo

Atualmente, o supercomputador Frontier, localizado no Oak Ridge National Laboratory, nos Estados Unidos, ultrapassou a marca de:

1 exaFLOP (1 EFLOP)

Isso significa: 1.000.000.000.000.000.000 operações de ponto flutuante por segundo, uma marca impressionante e que certamente alguma outra empresa ou país já está pronta para quebrar.

E por que medir em ponto flutuante?

Porque cálculos científicos usam números decimais:

Números inteiros são simples, mas muitas aplicações exigem precisão fracionária.

E é aí que entra o padrão IEEE 754 e toda a complexidade do hardware de ponto flutuante (FPU).

O que isso tem a ver com meu PC?

Quando você vê que sua máquina tem, por exemplo, um processador Intel i5 de 4.1GHz, seria como supostamente dizer que ele tem a capacidade 150 FLOPS.

Isso significa que ela pode fazer 150 bilhões de operações decimais por segundo, em condições ideais.

Atenção! estamos falando de pico teórico.

Nem todo software:

Além disso, existem gargalos de memória.

FLOPS é potência máxima possível, não desempenho real garantido.

Resumo

Quando alguém fala: “Esse supercomputador tem 1 exaFLOP”, agora você sabe que significa:

Ele consegue fazer um quintilhão de operações matemáticas decimais por segundo.

Não é por ciclo.

Não é por núcleo.

É por segundo.

E tudo isso acontece porque, por baixo:

Conclusão

FLOPS não é só um número bonito do marketing e sim uma medida da capacidade bruta de cálculo científico de uma máquina.

Quando você entende isso, começa a enxergar o processador não como uma “caixa preta”, mas como um sistema matemático absurdamente otimizado executando bilhões (ou trilhões) de operações por segundo.