Mejora de la eficiencia energética de la computación de alto rendimiento

Tal y como explican desde la oficina de innovación de la comunidad de Madrid MI+D, los ordenadores en la exaescala son máquinas que serán capaces de ejecutar al menos 1.018 cálculos por segundo. "La velocidad de computación en la exaescala es prácticamente inabarcable, ofrece la posibilidad de generar progresos revolucionarios en ámbitos como la energía, la seguridad nacional, el medio ambiente y la economía y podría dar respuesta a cuestiones científicas fundamentales", detallan. Pero para alcanzar ese grado de potencia es necesario solventar múltiples retos, entre ellos el consumo de energía. El proyecto financiado con fondos comunitarios EXA2GREENse propone ofrecer soluciones a la computación en la exaescala en este ámbito.

La iniciativa está impulsada por un equipo de investigación interdisciplinario experto en computación de alto rendimiento (HPC) formado por investigadores de Alemania, Suiza y España dedicado a desarrollar herramientas con las que medir el rendimiento y el consumo energético de las computaciones; analizar kernels computacionales populares y generar algoritmos eficientes desde el punto de vista energético; y, por último, optimizar un modelo climático que precisa de una enorme carga de trabajo computacional con la intención de reducir considerablemente el consumo de energía de las simulaciones climáticas. EXA2GREEN emplea en la solución de este tercer objetivo el modelo de predicción meteorológico COSMO-ART como ejemplo de una simulación intensiva cuyo perfil energético dista mucho de ser el idóneo.

Entre los resultados obtenidos hasta la fecha destaca la creación de una herramienta con la que analizar el rendimiento y la capacidad de disipación energética de las aplicaciones científicas que se ejecutan en sistemas paralelos. "Esta labor permitirá que científicos y técnicos identifiquen fuentes de ineficiencias energéticas y optimicen el código de la aplicación", detallan desde MI+D. Los miembros del equipo produjeron además modelos precisos para la caracterización y la predicción del tiempo, la capacidad y la energía de varios kernels computacionales elementales e investigaron la huella energética y el perfil de rendimiento de COSMO-ART en varias plataformas de HPC.

El profesor Vincent Heuveline, coordinador de EXA2GREEN, incidió en la importancia de la colaboración para los logros del proyecto: "El consorcio multidisciplinario de nuestro proyecto aúna miembros pertenecientes a los campos de la computación de alto rendimiento, la ciencia informática, la matemática, la física y la ingeniería. Los socios aportan sus capacidades específicas a la colaboración para abordar los temas de interés científico".

Según el experto, el proyecto responde a desafíos fundamentales de la computación de hoy en día: "Las arquitecturas informáticas contemporáneas de los grandes sistemas de HPC consumen cantidades enormes de energía. Puede resultar muy complicado inspeccionar y desenmascarar cualquier sumidero energético en estas plataformas. Para conocer mejor el consumo de energía de las aplicaciones, nos servimos de dos tipos de dispositivos de medición energética, medidores de energía externos e internos, y recabamos información adicional mediante sensores de hardware. La combinación de los datos de las distintas mediciones ofrece una idea pormenorizada del consumo energético".

Se espera que durante el último año del proyecto se aborde el aprovechamiento de los conocimientos adquiridos durante la primera fase del proyecto para desarrollar nuevas versiones de los algoritmos que reduzcan el consumo energético de varios de los algoritmos estudiados. El equipo se valdrá del marco de medición del consumo en función del rendimiento para trabajar en una evaluación energética del sistema de modelización COSMO-ART y aplicar, siempre que sea posible, técnicas que mitiguen el consumo de energía.