Avances para reducir el consumo energético en supercomputación

“Hoy en día los computadores están limitados por el consumo energético. Desde el punto de vista tecnológico estamos capacitados para hacer computadores más potentes pero no lo soportarían, se calentarían tanto que no podrían ponerse en marcha. El otro problema que encontramos es el consumo de electricidad, que supone un coste muy elevado”, explica Enrique S. Quintana, coordinador del grupo de Ingeniería y Ciencia de los Computadores de la Universidad Jaume I de Castellón (UJI).

El experto participa en el proyecto Exa2green, financiado a través del VII Programa Marco de la Unión Europea, que busca reducir el consumo de una simulación sobre modelación meteorológica en presencia de contaminantes. Esta la desarrolladó el Instituto de Investigación Climática y Meteorológica de Karlsruhe (Alemania), y está en uso en el Centro de Computación Climática de Hamburgo (Alemania) y el Centro de Supercomputación CSCS de Suiza (con sede en Lugano).

“Se trata de una aplicación que puede tardar incluso semanas en desarrollar las simulaciones requeridas para la investigación, lo que supone un elevado consumo de energía. El objetivo del proyecto, que finalizará en octubre tras tres años de trabajo, ha sido mejorar la eficiencia en un factor de cinco, es decir, reducir el consumo hasta en un 80%. Se trata de que la aplicación no sea solo eficiente desde el punto de vista del rendimiento sino que además consuma el mínimo de energía posible”, explica Quintana.

Para conseguir esta reducción los participantes en el proyecto europeo, entre los que también se encuentran las universidades alemanas de Heildelberg, Karlsruhe y Hamburgo, el Centro de Computación de Suiza, y el Centro de Investigación de IBM en Zurich (Suiza), han trabajado en la mejora de la eficiencia energética tanto a nivel de hardware como de software.

En concreto, la aportación del grupo de investigación de la UJI se ha centrado en la reducción del consumo energético a través del modelado matemático del proceso de simulación. Quintana explica que además han buscado “procesadores que son menos conocidos pero que tienen un ratio de consumo muy interesante. Hemos trasladado las partes más importantes de la aplicación a estas arquitecturas, adaptándolas para que funcionen eficientemente, y viendo las ventajas que estos procesadores aportan frente a los sistemas utilizados tradicionalmente”.

La mejora en el consumo conseguida puede ser trasladada a otras muchas aplicaciones científicas utilizadas hoy en día en supercomputación. En este sentido, los trabajos desarrollados por el grupo español y publicado en revistas como Concurrency and Computation: Practice and Experience recoge resultados que oscilan entre un 10 y un 30% de reducción del consumo energético de paquetes más reducidos de software.

Presentes en la principal cita europea

Los resultados alcanzados por los investigadores de la UJI serán expuestos en un taller de trabajo durante el International Supercomputing Conference (ISC), la conferencia más importante sobre supercomputación en Europa, que se celebrará en julio en Frankfurt (Alemania). En este sentido, Quintana destaca la importancia de los logros alcanzados para el ahorro de energía en supercomputación en un momento en el que la simulación se ha establecido como el “tercer pilar de los descubrimientos científicos, complementando el análisis teórico y experimental”.

Desde mediados del siglo XX el rendimiento del hardware de computación de altas prestaciones se ha incrementado rápidamente, impulsado constantemente por la demanda cada vez mayor de potencia de cálculo en muchas áreas científicas. Entre los desafíos más importantes de la supercomputación se encuentra por tanto reducir el consumo de energía, que en muchos sistemas ha alcanzado un nivel crítico, de forma que los gastos de funcionamiento en términos de energía se igualan a los costes de adquisición del hardware después de sólo unos pocos años.

Una vez finalice el próximo mes de octubre el proyecto Exa2green, que ha contado con una financiación global de la Unión Europea de 2.100.000 euros, el grupo coordinado por Enrique Quintana continuará trabajando en el campo de la supercomputación durante los próximos tres años tras aprobar la convocatoria Horizonte 2020 de la Unión Europea el proyecto INTERTWinE: Programming Model Interoperability Towards Exascale con una dotación de 3.860.000 euros.

En este proyecto participarán, además del grupo de la UJI, el Barcelona Supercomputing Center, la Universidad de Manchester (Reino Unido), el Real Instituto Tecnológico de Estocolmo (Suecia), el Centro de Computación de Edimburgo, el instituto nacional francés de Informática INRIA, el Instituto Fraunhofer de Múnich (Alemania), y las empresas alemanas T-Systems y DLR.

El proyecto, que se pondrá en marcha en octubre, tiene como objetivo el desarrollo de herramientas que faciliten el desarrollo y la eficiencia de las aplicaciones de supercomputación. “Se trata de que los programadores que desarrollan software para supercomputación tenga herramientas para que esta labor resulte más fácil y eficaz, respondiendo así a otro de los retos actuales de la supercomputación”, señala Quintana.