Redueixen un 80% el consum energètic d'una simulació meteorològica en supercomputadors

Investigadors de la Jaume I han millorat l'eficiència energètica d'un programari de modelatge matemàtic per a simulacions meteorològiques
22/10/2015 | SCP

La simulació a través de supercomputadors s'ha convertit en un pilar dels descobriments científics actuals, però el seu desenvolupament es veu frenat per les limitacions energètiques i l'elevat consum d'electricitat que comporta l'ús d'aquests equips. Investigadors de la Universitat Jaume I de Castelló participen en el projecte europeu Exa2green que aconseguirà reduir en un 80% el consum energètic d'una aplicació de simulació meteorològica, un avanç, els resultats del qual, es podran traslladar en un futur a noves aplicacions.

“Actualment els computadors estan limitats pel consum energètic. Des del punt de vista tecnològic estem capacitats per a fer computadors més potents però no ho suportarien, es calfarien tant que no podrien engegar-se. L'altre problema que trobem és el consum d'electricitat, que suposa un cost molt elevat”, explica Enrique S. Quintana, coordinador del grup d'Enginyeria i Ciència dels Computadors de l’UJI. El projecte Exa2green, finançat a través del VII Programa Marc de la Unió Europea, ha cercat reduir el consum d'una simulació sobre modelatge meteorològic en presència de contaminants, desenvolupada per l'Institut de Recerca Climàtica i Meteorològica de Karlsruhe (Alemanya), i en ús en el Centre de Computació Climàtica d'Hamburg (Alemanya) i el Centre de Supercomputació CSCS de Suïssa (amb seu en Lugano). “Es tracta d'una aplicació que pot tardar fins i tot setmanes en desenvolupar les simulacions requerides per a la recerca, la qual cosa suposa un elevat consum d'energia. L'objectiu del projecte, que finalitzarà a l'octubre després de tres anys de treball, ha sigut millorar l'eficiència en un factor de cinc, és a dir, reduir el consum fins en un 80%. Es tracta que l'aplicació no siga solament eficient des del punt de vista del rendiment sinó que a més consumisca el mínim d'energia possible”, explica Quintana.

Per a aconseguir aquesta reducció, els participants en el projecte europeu, entre els quals també es troben les universitats alemanyes de Heildelberg, Karlsruhe i Hamburg, el Centre de Computació de Suïssa, i el Centre de Recerca d'IBM a Zurich (Suïssa), han treballat en la millora de l'eficiència energètica tant a nivell de maquinari com de programari. En concret, l'aportació del grup de recerca de l’UJI s'ha centrat en la reducció del consum energètic a través del modelatge matemàtic del procés de simulació. Quintana explica que a més han cercat “processadors que són menys coneguts però que tenen un ràtio de consum molt interessant. Hem traslladat les parts més importants de l'aplicació a aquestes arquitectures, adaptant-les perquè funcionen eficientment, i veient els avantatges que aquests processadors aporten enfront dels sistemes utilitzats tradicionalment”.

La millora en el consum aconseguida pot ser traslladada a moltes altres aplicacions científiques utilitzades avui dia en supercomputació. En aquest sentit, els treballs desenvolupats pel grup d'Enginyeria i Ciència dels Computadors de l’UJI i publicats en revistes com Concurrency and Computation: Practice and Experience arrepleguen resultats que oscil·len entre un 10 i un 30% de reducció del consum energètic de paquets més reduïts de programari.

Presents en la principal cita europea

Els resultats aconseguits pels investigadors de la Jaume I seran exposats en un taller de treball durant la International Supercomputing Conference (ISC), la conferència més important sobre supercomputació a Europa, que se celebrarà al juliol a Frankfurt (Alemanya). En aquest sentit, Quintana destaca la importància dels assoliments aconseguits per a l'estalvi d'energia en supercomputació en un moment en el qual la simulació s'ha establit com el “tercer pilar dels descobriments científics, complementant l'anàlisi teòrica i experimental”.

Des de mitjans del segle XX el rendiment del maquinari de computació d'altes prestacions s'ha incrementat ràpidament, impulsat constantment per la demanda cada vegada major de potència de càlcul en moltes àrees científiques. Entre els desafiaments més importants de la supercomputació es troba per tant reduir el consum d'energia, que en molts sistemes ha aconseguit un nivell crític, de manera que les despeses de funcionament en termes d'energia s'igualen als costos d'adquisició del maquinari després de només uns pocs anys.

Una vegada finalitze, el pròxim mes d'octubre, el projecte Exa2green, que ha comptat amb un finançament global de la Unió Europea de 2.100.000 euros, el grup coordinat per Enrique Quintana continuarà treballant en el camp de la supercomputació durant els pròxims tres anys després d'aprovar la convocatòria Horitzó 2020 de la Unió Europea el projecte “INTERTWinE: Programming Model Interoperability Towards Exascale” amb una dotació de 3.860.000 euros. En aquest projecte participaran, a més del grup d'Enginyeria i Ciència dels Computadors de l’UJI, el Barcelona Supercomputing Center, la Universitat de Manchester (Regne Unit), el Real Institut Tecnològic de Estocolm (Suècia), el Centre de Computació d’Edimburg, l'institut nacional francès d'Informàtica INRIA, l'Institut Fraunhofer de Munich (Alemanya) i les empreses alemanyes T-Systems i DLR.

El projecte, que s'engegarà a l'octubre, té com a objectiu el desenvolupament d'eines que faciliten el desenvolupament i l'eficiència de les aplicacions de supercomputació. “Es tracta que els programadors que desenvolupen programari per a supercomputació tinguen eines perquè aquesta labor resulte més fàcil i eficaç, responent així a un altre dels reptes actuals de la supercomputació”, assenyala Quintana.

 

Referències bibliogràfiques:

-        José I. Aliaga, Hartwig Anzt, Maribel Castillo, Juan C. Fernández, Germán León, Joaquín Pérez and Enrique S. Quintana-Ortí, “Unveiling the performance-energy trade-off in iterative linear system solvers for multithreaded processors”, Concurrency and Computation: Practice and Experience (2014) DOI: 10.1002/cpe.3341

-        Pedro Alonso, Manuel F. Dolz, Francisco D. Igual, Rafael Mayo, Enrique S. Quintana-Ortí, “Enhancing performance and energy consumption of runtime schedulers for dense linear algebra” Concurrency and Computation: Practice and Experience, 2014; 26:2591–2611, DOI: 10.1002/cpe.3317

-        José I. Aliaga, Maria Barreda, Manuel F. Dolz, Alberto F. Martín, Rafael Mayo, Enrique S. Quintana-Ortí, “Assessing the impact of the CPU power-saving modes on the task-parallel solution of sparse linear systems" Cluster Computing, Vol. 17(4), pp. 1335-1348, 2014. DOI: 10.1007/s10586-014-0402-z

Informació proporcionada per: Servei de Comunicació i Publicacions
Universitat Jaume I CIF: Q-6250003-H Av. de Vicent Sos Baynat, s/n 12071 Castelló de la Plana, Espanya
Tel.: +34 964 72 80 00 Fax: +34 964 72 90 16