Supercomputador do IEN/CNEN: um ano de contribuições para a academia

Pesquisadores de laboratórios do Instituto e de outros centros de C&T desenvolveram estudos por meio desse cluster de computação paralela.

Há pouco mais de um ano, iniciavam-se as operações do Cray Supercomputing XD665, um supercomputador que está instalado no Instituto de Engenharia Nuclear (IEN/CNEN). O equipamento, com capacidade máxima de até 16 petaflops (unidade que mede a velocidade de processamento, equivalente a 1 quatrilhão de operações) foi criado com o intuito de ampliar a velocidade e a quantidade de pesquisas desenvolvidas no IEN/CNEN e em outras instituições de ensino parceiras desse projeto.

Passado esse período, o Serviço de Infraestrutura Computacional do Instituto (SEINC/IEN), responsável por administrar as operações desse cluster de computação paralela, informou por meio de relatório um panorama dos trabalhos realizados. Só para o IEN/CNEN, o Supercomputador atendeu às pesquisas dos seguintes setores:

· Programa de Pós-Graduação;

· Serviço de Tecnologia de Engenharia de Reatores (SETER/IEN);

· Serviço do Reator Argonauta (SEREA/IEN);

· Serviço de Engenharia de Sistemas Complexos (SEESC/ IEN);

· Serviço de Instrumentação Nuclear (SEINS/IEN).

Estudos voltados ao Reator Argonauta e ao primeiro microrreator nuclear brasileiro, de autoria do tecnologista do Instituto Vinícius Souza Pinheiro Silva, receberam o apoio técnico do cluster para avançar em seus objetivos. O projeto conceitual do próprio microrreator ainda foi tema de estudo do pesquisador Victor Lusis Lassance Cunha, que atua no Serviço de Tecnologia de Reatores e Termohidráulica (SETRT/ IEN), sendo estruturado em três etapas computacionalmente distintas:

- Neutrônica/segurança (Monte Carlo — MCNP/OpenMC);

- Termohidráulica/termomecânica (CFD/elementos finitos): resolução de sistemas lineares acoplados, altamente paralelizável em GPU;

- Blindagem/proteção radiológica: mapeamento 3D de dose no salão do Argonauta.

O relatório explica que essa segregação de etapas se dá porque o supercomputador precisa atender simultaneamente a dois perfis de workload (carga de trabalho, em português): Monte Carlo é CPU-bound por natureza de acesso a memória e desvio condicional; e CFD/elementos finitos se beneficia de arquitetura vetorial de GPU. Não são cargas "incompatíveis" em termos absolutos, porém, têm requisitos de hardware opostos, o que deve orientar, segundo o documento, o dimensionamento futuro do próprio cluster.

A ferramenta também auxiliou nas pesquisas do recém-criado Laboratório de Simulação Nuclear e Inteligência Artificial (LaSNIA), integrado ao Serviço de Desenvolvimento de Técnicas Nucleares do Instituto (SEDTN/ IEN), especialmente nas simulações Monte Carlo, conforme explicação feita pelo coordenador desse laboratório, Dr. César Marques Salgado:

“O LaSNIA vem utilizando o supercomputador do IEN/CNEN para executar simulações de Monte Carlo aplicadas ao estudo de sistemas multifásicos utilizando os códigos computacionais MCNP6 e FLUKA. Esses recursos computacionais têm apoiado o desenvolvimento das pesquisas e a produção científica do LaSNIA, incluindo trabalhos apresentados, recentemente, nos congressos do INAC 2026 e ISSSD 2026. Atualmente, os treinamentos de redes neurais e as demais aplicações de inteligência artificial são realizados nos computadores do próprio LaSNIA. Como perspectiva futura, a equipe pretende utilizar também as GPUs do supercomputador para acelerar o treinamento de modelos de inteligência artificial”.

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Já o Serviço de Instrumentação Nuclear, que atua em conjunto com o SEINC/IEN como indutor do uso dessa infraestrutura, desenvolveu pesquisas de instrumentação nuclear digital, inteligência artificial e engenharia de sistemas complexos e de resiliência. Entre as atividades desempenhadas com o auxílio do cluster estão o treinamento e a avaliação de modelos para identificação e classificação de radionuclídeos, incluindo estudos para implementação em FPGAs, e a simulação de arquiteturas e condições operacionais para o desenvolvimento de sistemas nucleares de maior confiabilidade.

De acordo com o chefe do SEINS/IEN, Dr. Marcos Santana Farias, está prevista a aplicação de novos estudos em computação híbrida, integrando CPUs, GPUs e dispositivos reconfiguráveis, com foco em desempenho, eficiência e resiliência de aplicações críticas.

Conexão com outros institutos de ensino e pesquisa

O referido relatório do SEINC/IEN também trouxe a lista de instituições externas envolvidas na utilização da infraestrutura do cluster, que demonstraram interesse no equipamento para aperfeiçoar seus projetos. A maior parte dos pesquisadores que requereram esse serviço estão vinculados ao Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa em Engenharia (Coppe/UFRJ), instituição que, geograficamente, está próxima do IEN/CNEN no campus da Ilha do Fundão, no Rio de Janeiro:

· Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção da Coppe/UFRJ;

· Programa de Pós-Graduação em Engenharia Nuclear da Coppe/UFRJ;

· Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Sistemas e Computação da Coppe/UFRJ;

· Programa de Pós-Graduação em Engenharia Eletrônica da Universidade Estadual do Rio de Janeiro (Uerj);

· Departamento de Modelagem Computacional do IPRJ/Uerj;

· Programa de Pós-Graduação em Informática do Instituto de Computação da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ);

· Laboratório Nacional de Metrologia das Radiações Ionizantes do Instituto de Radiação e Dosimetria (IRD/ANSN);

·Centro de Desenvolvimento de Tecnologia Nuclear (CDTN/CNEN);

·Centro de Pesquisas de Energia Elétrica (Cepel/ Axia Energia).

Também houve interesse do Instituto Militar de Engenharia (IME) que, em cooperação com o LaSNIA, desenvolveu uma pesquisa de doutorado voltada à caracterização química e radiológica de materiais cimentícios, integrando análise por ativação neutrônica, espectrometria gama, simulação Monte Carlo (MCNP6 e FLUKA) e inteligência artificial. Como desdobramento dessa parceria, a proposta foi contemplada com bolsa de doutorado via edital CNEN, reforçando a cooperação interinstitucional.

Outro laboratório da Coppe/ UFRJ, o de Design de Reatores (Laborathorium), em atividade desde agosto de 2025, buscou o Supercomputador do IEN/CNEN para dar andamento à linha de pesquisa voltada à física de reatores, combustíveis avançados, ciclo do tório e simulação computacional de alta fidelidade.

O Professor Dr. Giovanni Laranjo de Stefani, que lidera esse laboratório, explica que a maior parte dos estudos se apropria dos métodos de Monte Carlo acoplados à queima e evolução isotópica do combustível, algo que, no caso do tório, é mais importante, pois é necessário acompanhar a conversão do tório-232 em urânio-233 e a evolução de diversos nuclídeos ao longo da operação do reator. Segundo o professor, dependendo da complexidade desse modelo, uma única simulação pode demandar vários dias ou até semanas em uma estação de trabalho convencional:

“A utilização do supercomputador do IEN/CNEN permite reduzir significativamente esses tempos e, principalmente, ampliar a escala das pesquisas. Em vez de analisarmos apenas alguns casos isolados, torna-se possível estudar muitas configurações de combustível, geometrias, condições operacionais e conceitos de reatores avançados, além de realizar estudos de sensibilidade, otimização e incertezas”, acrescenta Giovanni de Stefani.

O chefe do Laborathorium defende que o acesso compartilhado a uma infraestrutura científica de alto nível evita uma duplicação desnecessária de recursos, aproxima grupos com competências complementares e permite que equipamentos, como o cluster instalado no IEN/CNEN, sejam utilizados em projetos conjuntos de maior alcance: “Essa integração entre COPPE/UFRJ e IEN/CNEN fortalece não apenas uma pesquisa específica, mas a própria capacidade nacional de desenvolver estudos avançados em física de reatores, ciclo do combustível e tecnologias baseadas em tório”, afirma Giovanni.

Expansão e Futuro Data Center

A instalação de um supercomputador no IEN/CNEN ocorreu após aprovação do projeto “FINEP 0945/22 CCPM - Implantação de um cluster de computação paralela multiusuário para resolução de problemas complexos”, com investimentos de aproximadamente R$1,5 milhões. Traz em si um sistema especializado, com hardware otimizado especialmente para alta demanda computacional, característica exigida em modelos complexos de Inteligência Artificial.

Para atender às instituições parceiras mencionadas anteriormente, e outras que desejarem usufruir dessa tecnologia, o acesso ao supercomputador é seguro e ocorre da seguinte forma:

1 - O responsável pela equipe de pesquisa interessada deve enviar um e-mail para seinc@ien.gov.brsolicitando o acesso;

2 – Feito o credenciamento, os pesquisadores passam a operar de forma remota, por conexão VPN, com autenticação de usuários integrada ao Active Directory institucional.

De acordo com o Dr. Marcel Waintraub, chefe do Serviço de Infraestrutura Computacional do IEN/CNEN, está nos planos do Instituto ampliar a infraestrutura do cluster para consolidar o órgão como um hub nacional de HPC e Inteligência Artificial.

Consta nesse projeto de expansão a integração de nós de aceleração com GPUs NVIDIA H100/H200, rede InfiniBand de 400 Gbps, armazenamento NVMe de alta velocidade e a modernização das instalações de missão crítica, com refrigeração líquida direta, climatização de precisão e ampliação da infraestrutura elétrica:

“A iniciativa aproveitará a governança, a rede e o espaço físico já existentes, maximizando o investimento público realizado e eliminando gargalos de processamento. A meta é criar um ambiente capaz de treinar grandes modelos de IA, atender às demandas simultâneas das Unidades Técnico-Científicas da CNEN e apoiar projetos estratégicos nas áreas nuclear, saúde — como radiofármacos e protonterapia — e indústria, posicionando o IEN/CNEN no mapa da soberania tecnológica brasileira”, declarou Waintraub.

Da parte do SEINS/IEN, que é responsável pelas tratativas e avaliações para a inclusão de novos usuários e o atendimento a novas demandas de pesquisa, há a perspectiva de o IEN/CNEN ministrar, em breve, cursos introdutórios com exemplos das aplicações desenvolvidas pelo setor nuclear:

“A proposta é apresentar possibilidades de uso do supercomputador em linguagem acessível a estudantes, pesquisadores e demais interessados, contribuindo para a compreensão da computação de alto desempenho e estimulando a identificação de novas pesquisas que possam utilizar essa infraestrutura”, explica Marcos Santana.

Escrita por: José Lucas Brito (Serviço de Comunicação Social do IEN/CNEN)