Ayudar a los superordenadores de nueva generación a mantener la calma
Aunque los superordenadores a exaescala prometen acelerar los descubrimientos científicos gracias a una potencia de cálculo sin precedentes (más de mil millones de cálculos por segundo), también prometen consumir una cantidad colosal de energía y producir mucho calor en el proceso. Tal y como explica el coordinador del proyecto TEXTAROSSA, Massimo Celino, de la Agencia Nacional Italiana de Nuevas Tecnologías, Energía y Desarrollo Económico Sostenible (ENEA): «Todavía hay que colmar ciertas lagunas tecnológicas. Estas lagunas incluyen el logro de la eficiencia energética y el control térmico, así como la eficiencia computacional. También se necesitan nuevos métodos y herramientas para integrar a la perfección los aceleradores en plataformas multinodo de informática de alto rendimiento».
Superrefrigeración de superordenadores
A diferencia del ordenador de casa, los sistemas exaescala multinodo distribuyen las responsabilidades entre varios nodos independientes, cada uno de los cuales puede ser un ordenador completo en sí mismo. Esta arquitectura está diseñada para optimizar el rendimiento, la escalabilidad y la disponibilidad de servicios y aplicaciones. El equipo del proyecto TEXTAROSSA ha desarrollado una serie de herramientas y tecnologías que pueden integrarse en estas plataformas de exaescala. El proyecto se llevó a cabo con el apoyo de la Empresa Común de Informática de Alto Rendimiento Europea (EC EuroHPC), una iniciativa creada para desarrollar un ecosistema de supercomputación de categoría mundial en Europa. «Una tecnología clave que desarrollamos fue un sistema de refrigeración nuevo e innovador», afirma Celino. Debido a la intensa concentración de circuitos en miles de unidades centrales de procesamiento (CPU, por sus siglas en inglés), los sistemas de informática de alto rendimiento (HPC, por sus siglas en inglés) generan enormes cantidades de calor. Si no se toman las medidas adecuadas para eliminar ese calor —como alojar los ordenadores en una sala climatizada—, se calentarán tanto que acabarán fallando. Estas estrategias de refrigeración también pueden consumir mucha energía. Mientras que los ordenadores domésticos suelen utilizar ventiladores de aire para refrigerar los chips, el equipo del proyecto TEXTAROSSA apostó por un material más eficiente. «Se desarrolló una eficaz tecnología de refrigeración bifásica, en la que se bombea un fluido especial a través de un circuito cerrado que rodea las CPU», explica Celino. El fluido, que funciona como un frigorífico, cambia de fase, pasando de líquido a vapor y viceversa, para absorber con eficacia el calor de las CPU y transportarlo de forma segura. Como se genera más calor a medida que el ordenador trabaja más, la tecnología de refrigeración se acopló entonces a una estrategia de control térmico automatizado, que controla la intensidad de la refrigeración en función del rendimiento de las CPU.
Cuanto más sencillo mejor
El equipo del proyecto también desarrolló un nuevo «software» de sistema, diseñado para gestionar mejor las tareas informáticas y lograr una mayor eficiencia operativa. «Este “software” ofrece mayor velocidad en la gestión y movimiento de datos, y la gestión sin fisuras de las tareas computacionales para optimizar su distribución entre las CPU —añade Celino—. Esto permite a los usuarios aprovechar una impresionante potencia de cálculo en grandes ejecuciones paralelas». El siguiente paso del proyecto consistió en desarrollar dos arquitecturas de nodos computacionales diferentes, que se utilizarán en futuras infraestructuras de HPC. Se crearon dos prototipos utilizando distintos tipos de CPU de última generación, y en ambos se aprovecharon las herramientas desarrolladas a través del proyecto TEXTAROSSA. En estos prototipos se ejecutaron varias aplicaciones, como el aprovechamiento de la inteligencia artificial y el análisis de datos de alto rendimiento. Esto ayudó al equipo del proyecto a medir el aumento de la eficiencia computacional y energética conseguido. «Queríamos evaluar si nuestras técnicas podían ser un medio útil para garantizar que los superordenadores no se sobrecalienten y, al mismo tiempo, puedan ofrecer capacidad de cálculo para aplicaciones de la vida real», señala Celino. Los resultados confirmaron la viabilidad de ambos sistemas prototipo, la eficacia de las herramientas informáticas individuales y la efectividad de la tecnología de refrigeración. «La Universidad de Turín pidió que se construyera un prototipo de plataforma, así que ahora tenemos tres —concluye Celino—. El reto ahora es seguir mejorando estos prototipos y trabajar en la miniaturización y la ingeniería de la tecnología».
Palabras clave
TEXTAROSSA, EC EuroHPC, informática, calor, eficiencia, refrigeración, fluido, cambio de fase, exaescala, superordenadores, HPC, CPU
