Arquitecturas de superordenadores innovadoras para aumentar la eficiencia energética
La sociedad contemporánea depende cada vez más de dispositivos electrónicos de consumo como los smartphones, pero también de los cálculos masivos que realizan superordenadores cada vez más potentes. Para predecir el tiempo o fabricar turbinas eólicas ideales o automóviles eficientes es preciso ejecutar tareas de enorme complejidad en gigantescos sistemas de supercomputación, compuestos por miles de ordenadores más pequeños. Los ordenadores —en el hogar, el trabajo y los centros de datos— son responsables del 15 % del consumo eléctrico en todo el mundo, una cifra que no deja de aumentar a medida que progresa la tecnología. El proyecto FIPS se propone aumentar la eficiencia energética de la supercomputación combinando procesadores de alto rendimiento tradicionales con otros alternativos capaces de realizar las computaciones sencillas de una tarea y así reduciendo la demanda energética general del sistema. «Nuestro objetivo es lograr una eficiencia energética un 30 % superior a la que presenta cualquier otro sistema moderno —indicó Domenik Helms, gestor de tecnologías de clúster en OFFIS y coordinador de FIPS—. No se trata solo de reducir las emisiones de CO2, sino de lograr un rendimiento mayor. Cuanto mayor sea la eficiencia energética de la computación, más margen de maniobra poseeremos». Construir un tipo nuevo de superordenadores El equipo de FIPS construye un tipo nuevo de superordenador, optimiza la relación entre rendimiento y potencia mediante el empleo de alternativas con un consumo menor como los procesadores de smartphones, chips gráficos 3D y FPGA (Field-Programmable Gate Arrays) reprogramables empleadas en los módems y conmutadores de red. Un programa de supercomputación normal ejecuta una enorme cantidad de tareas menores, algunas de las cuales pueden ejecutarse en arquitecturas distintas que reduzcan la cantidad de procesadores de alto rendimiento y alta energía necesaria para la tarea principal. Para resolver las dificultades inherentes al empleo de tantos procesadores distintos, en FIPS se creó una metodología mediante la que solo es necesario emplear un lenguaje de programación para que el programa de supercomputación ejecute la tarea asignada. Este programa además es capaz de calcular el tiempo que precisará para ejecutarlo y la energía a consumir. Uso de la metodología para analizar el genoma humano y ahorrar energía La metodología de FIPS y su empleo de FGPA alternativos ha ofrecido resultados positivos en un proyecto destinado a analizar miles de millones de entradas de una biblioteca de alineación de secuencias de ADN humano. Las herramientas diseñadas en el proyecto asisten a los desarrolladores en todas las facetas de su trabajo, desde la identificación y la caracterización de los kernels computacionales hasta la configuración del hardware. El rendimiento obtenido, situado en 0,8 billones de células actualizadas por segundo (GCUPS) por vatio, fue cerca de 1,3 veces tan eficiente desde el punto de vista energético como la misma tarea ejecutada mediante tarjetas gráficas de última generación y cerca de cien veces más eficiente que con el empleo de procesadores tradicionales. «No existe hoy en día una máquina capaz de descodificar el ADN al completo, y nuestro objetivo no era lograrlo más rápido sino con la mayor eficiencia energética posible sin incurrir en gastos adicionales. Sabíamos que podríamos mejorar la marca, pero duplicar la eficiencia energética en esta aplicación fue todo un logro —comentó el Dr. Helms—. El objetivo del proyecto ahora será aumentar la cantidad de aplicaciones de ensayo de la metodología y lograr inversiones para su comercialización». FIPS cuenta con nueve socios de seis Estados miembros, estará activo hasta septiembre de 2016 y cuenta con 3 millones de euros de financiación del 7PM.
Palabras clave
FIPS, computación de alto rendimiento, HPC, ADN, eficiencia energética, supercomputación, FPGA