07 - Potência computacional e seus problemas

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ARQUITETURA DE 
COMPUTADORES 
E SISTEMAS 
DIGITAIS
Fabrício Felipe Meleto 
Barboza
Potência computacional 
e seus problemas
Objetivos de aprendizagem
Ao final deste texto, você deve apresentar os seguintes aprendizados:
 Reconhecer as estruturas voltadas ao desempenho computacional.
 Elencar particularidades acerca dos recursos computacionais e de
suas funcionalidades.
 Identificar os fatores positivos e negativos acerca da potência
computacional.
Introdução
Vários tipos de trabalho, para atingir seu objetivo, precisam de grande 
potência computacional. Neste capítulo, você vai estudar sobre a potência 
computacional crescente, suas demandas e problemas ocasionados por 
ela. Além disso, verá certificações na área de TI que se importam com 
a questão ambiental, principalmente no que tange a descarte, uso e 
reciclagem de componentes eletrônicos.
As estruturas voltadas ao 
desempenho computacional
Alguns tipos de trabalho necessitam de grande poder computacional para 
atingir seu objetivo, como, por exemplo, os listados a seguir:
 estudos climáticos;
 renderização de vídeos;
 validação de transações financeiras nos terminais de pagamento com cartão;
 servidores de jogos on-line;
 cálculos matemáticos complexos, como os das engenharias.
Dessa forma, o emprego de um computador comum não irá atender às 
necessidades de processamento para esses trabalhos, assim como tampouco 
é viável esperar o tempo que leva para finalizar a atividade e demonstrar 
o resultado.
Desse modo, para contornar essa situação, é possível empregar hardwares 
que tenham especificações para alto desempenho. Esses hardwares foram 
desenhados e construídos para trabalhar de uma forma mais otimizada para 
o desempenho máximo. 
E quando a necessidade computacional é tão grande que mesmo aquele 
hardware ou aqueles hardwares otimizados não dão conta do recado?! Para 
resolver isso, agrupa-se um conjunto de computadores ou servidores, fazendo 
todos funcionarem como se fossem um só. A esse agrupamento de equipa-
mentos damos o nome de cluster.
Grandes cargas de processamento, tais como ocorre em sistemas de bancos 
de dados, computação gráfica e até em inteligência artificial, necessitam de 
grandes recursos computacionais e, assim, demandam alto investimento e 
desempenho computacional.
Placas gráficas de última geração para suprir a necessidade gráfica de 
projetos desse tipo custam uma pequena fortuna. Estamos falando em valores 
próximos a R$ 5.000,00 para esse componente, além de todo o restante do 
computador ou servidor.
Pense nas grandes produções de filmes, com diversos efeitos especiais 
e desenhos em 3D. É preciso renderizar todos esses quadros em altíssima 
qualidade e em tempo curto, já que salas de cinema comportam resoluções 
absurdamente grandes. Equipamentos de grande porte são empregados para 
dar vazão à necessidade computacional nesses casos.
Inteligência computacional exige muito processamento e memória do 
computador ou servidor, de modo que grandes quantidades desses recursos 
são entregues para que esses sistemas consigam bancar todos os cálculos e o 
processamento de dados envolvidos na tarefa.
Nesse contexto, imagine situações em que é necessário processar todas 
as transações de cartões de crédito realizadas em um dia. Estamos falando 
de milhões e milhões de informações sendo processadas e armazenadas de 
forma simultânea. Esse volume gigantesco precisa ser analisado, como, por 
exemplo, para descobrir novos padrões de consumo. Como todo BI (business 
intelligence), obedecendo aos três Vs (volume, variedade e velocidade), a 
soma desses cruzamentos de informações requer um poder absurdo de ca-
Potência computacional e seus problemas2
pacidade computacional, novamente desempenhada pelo conjunto de um ou 
mais servidores, geralmente de última geração, de forma a entregar todos os 
recursos necessários para que a análise seja feita de forma ágil, garantindo que 
o resultado obtido não será obsoleto caso transcorra muito tempo em relação 
ao período de dados analisado.
Lembre-se de que maior capacidade computacional pode ser entregue para o usuário 
de duas formas: horizontalmente ou verticalmente.
  Horizontalmente: o tamanho dos computadores ou recursos é somado para 
entregar um poder maior ao usuário, de modo que há um conjunto de recursos 
trabalhando de forma orquestrada para um propósito único.
  Verticalmente: o crescimento do recurso computacional ocorre na forma de 
mais e maior, aumentando aquele único possível ponto de falha com recursos 
de última geração.
Particularidades dos recursos computacionais 
e suas funcionalidades
HD
Já se foi o tempo em que espaço em disco era o primeiro requisito para a 
compra de um novo disco rígido para o computador. Atualmente, até mesmo 
nos computadores que não executam atividades computacionais grandiosas, 
já são encontrados discos rígidos de alta velocidade.
Quando o lançamento de discos do tipo estado sólido (SSD) começou, 
muitos se perguntaram sobre o tamanho do ganho de performance obtido. 
Apesar de os resultados já terem sido grandes na época, hoje em dia, a diferença 
entre discos mecânicos, como são conhecidos os HDD, e os discos de estado 
sólido (SSD) é muito grande. Visualize, no Quadro 1, a diferença entre um 
disco comum e um disco de alta performance:
3Potência computacional e seus problemas
Referência HDD padrão SSD
Capacidade Até 8TB Até 1.8TB
IOPS 300 IOPS 90000 IOPS
Velocidade leitura 400 MB/s 555 MB/s
Velocidade escrita 330 MB/s 535 MB/s
Consumo elétrico 13 W 1,6 W
Quadro 1. HDD padrão vs. SSD
CPU ou processador
Os processadores estão para o computador como o motor está para o carro 
e são eles que realizam as atividades matemáticas e lógicas. Assim, caso o 
processador não haja capacidade sufi ciente, a fi la de tarefas começa a crescer, 
ocasionando uma lentidão generalizada.
A velocidade do processador é medida em giga-hertz, GHz, e quantidade 
de núcleos, além de fatores menores, como tamanho de cache. Computadores 
da geração atual trabalham, geralmente, com processadores que têm 3.9 GHz 
e são suficientes para a maioria dos trabalhos convencionais, como editar 
planilhas eletrônicas, textos, fazer navegação na internet, verificar e responder 
e-mails, acessar um internet banking, etc.
Quando outras necessidades surgem e, com elas, o poder de processamento 
também se torna latente, a troca por processadores mais rápidos deve ocorrer. 
Para exemplificar, o Quadro 2 compara os processadores tidos como padrão 
(Intel Core i3) com processadores de alto desempenho Intel Core i9 Xtreme.
Potência computacional e seus problemas4
Fonte: Adaptado de UserBenchmark (2018, documento on-line).
Referência Intel Core i3 Intel Core i9 Xtreme
Socket FCLGA1151 FCLGA2066
Clock 3.9 Ghz 2.6 Ghz
Turbo speed Não possui Até 4.2 Ghz
Qtd. cores 2 físicos com 2 lógicos 
cada = 4 cores
18 físicos com 2 lógicos 
cada = 32 cores
Consumo de energia 51 W 165 W
Pontuação CPU Mark 5790 27722
Quadro 2. Intel Core i3 vs. Intel Core i9 Xtreme
Placa de vídeo
Muitos computadores atuais rodam programas gráfi cos, como Photoshop 
ou família CAD, de forma satisfatória, porém, para um nicho de usuários, 
o desempenho não é sufi ciente. Esses usuários, no caso de profi ssionais que 
editam fotos e vídeos, engenheiros e, ainda, no caso de hobbies, players de 
jogos virtuais, têm necessidades que vão além da placa de vídeo comum aos 
computadores normais.
Essas placas de vídeos de alto desempenho acompanham a necessidade 
desses usuários em performance gráfica, seja para jogos ou trabalho. A seguir, 
veja a imagem da NVIDIA GeForce GTX 1080, uma das placas de vídeo mais 
performática atualmente (Figura 1).
5Potência computacional e seus problemas
Figura 1. Placa de vídeo NVIDIA GeForce GTX 1080.
Fonte: DDImages/Shutterstock.com.
Essas placas de vídeo dependem de uma alta taxa de transferência de dados 
com a placa mãe, além de resfriamento e energia apropriados. Como conector 
padrão sendo o PCI-Express3.0, a performance adequada é garantida.
Como comparativo do poder dessa placa de vídeo, observe o Quadro 3 a 
seguir, que demonstra os números de uma placa de vídeo on-board padrão 
com a GeForce.
Potência computacional e seus problemas6
Fonte: Adaptado de UserBenchmark (2018, documento on-line).
*OC = overclock, técnica utilizada para aumentar os limites de trabalho do equipamento para além 
dos padrões de fábrica.
Referência
Placa de vídeo on-
board HD530
Placa de vídeo 
NVIDIA GeForce 
GTX 1080
Velocidade de 
efeito 3D
7,54% 124%
Parallax 20,9 FPS 398 FPS
Parallax OC* 26,1 FPS 469 FPS
MRender 16,7 FPS 233 FPS
MRender OC* 24 FPS 259 FPS
Gravity 17,9 FPS 385 FPS
Gravity OC* 22 FPS 442 FPS
Splatting 28,7 FPS 241 FPS
Splatting OC* 37,9 FPS 270 FPS
Counter-Strike: 
Global Offensive
31 FPS 240 FPS
League of legends 59 FPS 230 FPS
Quadro 3. Placa de vídeo on-board HD530 versus Placa de vídeo NVIDIA GeForce GTX 
1080
  Parallax: Jordão (2008, documento on-line) menciona que o “[...] parallax é, na 
verdade, uma forma de enganar nosso cérebro utilizando objetos de tamanhos 
diferentes e com velocidades diferentes para criar um aspecto de profundidade”.
  MRender: recursos do Direct3D, sendo rendenizar o array de destino e o shader 
de geometria.
  Gravity: cálculo das interações entre múltiplos pontos do sistema.
  Splatting: cálculo do movimento de um grupo de pássaros em migração, não 
deixando ocorrer colisões entre os pontos.
7Potência computacional e seus problemas
Cluster
Quando determinado computador ou servidor não consegue atender às necessi-
dades de trabalho, pode-se agrupar um conjunto de hardwares que funcionam 
de forma única, como se fossem um equipamento só (Figura 2).
Clusters são comuns em ambientes de datacenters, onde vários servidores 
são conectados para trabalhar de forma simultânea. Mas isso não impede que se 
insira duas ou mais placas de vídeo, por exemplo, para garantir a performance 
ideal para computadores gamers. Quando isso ocorre, utiliza-se a tecnologia 
SLI, no caso da NVIDIA, ou CrossFire, para a ATI.
Ambas as tecnologias trabalham para unificar o poder de processamento 
gráfico das placas para atingir níveis de performance altíssimos e, dessa forma, 
atender o usuário que montou o setup computacional elencado.
Ao realizar a combinação de servidores para o trabalho em conjunto, existe 
a necessidade de alocá-los em um ambiente robusto, confiável e próprio para 
esse fim: os datacenters.
Figura 2. Clusters.
Fonte: Sashkin/Shutterstock.com.
Outro conceito muito utilizado nesse tipo de ambiente computacional é o 
RAID, que é a união de vários HDs para uma maior performance e, também, 
redundância a falhas.
Potência computacional e seus problemas8
O RAID pode ser realizado com uma placa física para o controle ou por 
software, tendo, nesse caso, um desempenho inferior.
A depender da quantidade de discos presentes no equipamento, é possível 
formar diversas configurações de RAID (Quadro 4).
RAID Quantidade de discos Observações
0 2 ou mais Utiliza dois ou mais discos 
para dividir a carga de leitura 
e escrita isoladamente.
1 2 ou mais Forma de prevenção de falhas, 
pois, se um dos discos falhar, 
o outro continua ativo. Não 
existe ganho de velocidade.
5 3 ou mais Melhoramento dos dois 
anteriores, com performance 
e prevenção de falhas.
6 3 ou mais Novo acerto do RAID 5, 
permitindo uma falha maior 
em quantidade de discos.
10 4 ou mais Arranjo de RAID 1 e RAID 0 em 
um mesmo grupo de discos.
50 6 ou mais Arranjo de RAID 5 e RAID 0 em 
um mesmo grupo de discos.
Quadro 4. Configurações de RAID
Fatores positivos e negativos acerca 
da potência computacional
Conforme estudado, os componentes computacionais estão disponíveis em 
larga escala e de forma vasta em relação aos tipos encontrados.
Você pode configurar um novo computador de forma resumida, olhando e 
comprando o mais próximo de seu orçamento ou, para alguns casos, com um 
árduo trabalho em busca de componentes de alto desempenho e que consigam 
comunicar-se entre si.
9Potência computacional e seus problemas
Um problema atual e que assombra diversos países e governos é o lixo 
eletrônico. Toneladas e toneladas de equipamentos eletrônicos, incluindo aqui 
os de informática, são descartados mundo afora todos os meses.
Um relatório gerado pela Universidade das Nações Unidas, integrante da 
ONU, e também pela União Internacional das Telecomunicações, informa que 
em um ano são produzidos 45 milhões de toneladas de lixo eletrônico. Esse 
relatório aponta uma tendência pessoal de troca constante de equipamentos 
eletrônicos, incluindo celulares e computadores.
Morimoto (2005, documento on-line) lembra sobre a lei de Moree, mencionando:
[...] a "profecia" feita por Gordon Moore, um dos fundadores da Intel, 
durante a década de 1970, de que a partir dali a potência dos proces-
sadores dobraria a cada 18 meses. A lei de Moore sobreviveu durante 
mais de duas décadas e ainda não parece ter prazo de validade definido.
Poucos equipamentos possuem a logística reversa para encaminhamento 
após o fim da vida útil do equipamento. A logística reversa consiste em o 
próprio fornecedor do equipamento recolhê-lo e dar-lhe o destino correto 
para reciclagem, aproveitamento de peças e evitando danos ao meio ambiente. 
Muitos realizam descontos na compra de um novo equipamento com a entrega 
do antigo para algum dos fins listados anteriormente.
Algo que se tornou padrão para datacenters e também pessoas que traba-
lham com TI é a certificação Green IT, que configura boas práticas no uso 
de energia, manejo, descarte e reaproveitamento de recursos e insumos para 
a área de TI.
O programa EXIN Green IT foi criado para ensinar aos candidatos sobre 
soluções de TI ecológica em organizações modernas. O programa examina 
o histórico de TI sustentável, os componentes de TI e medidas que podem 
ser aplicadas em diferentes níveis. Ele está alinhado com os princípios de 
Responsabilidade Social Corporativa (CSR) e serve de base para iniciativas 
de eficiência para operações de negócios e da cadeia de suprimento (EXIN, 
2018, documento on-line). 
Potência computacional e seus problemas10
USERBENCHMARK. Compare. 2018. Disponível em: <http://gpu.userbenchmark.com/
Compare/Nvidia-GTX-1080-vs-Intel-HD-530-Desktop-Skylake/3603vsm33102>. Acesso 
em: 06 ago. 2018.
Leituras recomendadas
EXIN. Green IT. 2018. Disponível em: <https://www.exin.com/br/pt/qualification-pro-
gram/exin-green-it?language_content_entity=pt-br>. Acesso em: 06 ago. 2018.
JORDÃO, F. O que é Parallax? 08 dez. 2008. Disponível em: <https://www.tecmundo.
com.br/video-game-e-jogos/1117-o-que-e-parallax-.htm>. Acesso em: 06 ago. 2018.
MORIMOTO, C. E. Lei de Moore. 26 jun. 2005. Disponível em: <https://www.hardware.
com.br/termos/lei-de-moore>. Acesso em: 06 ago. 2018.
Referência
11Potência computacional e seus problemas
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