Valencià:
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

Español:
La simulación a través de supercomputadores se ha convertido en un pilar de los descubrimientos científicos actuales, pero su desarrollo se ve frenado por las limitaciones energéticas y el elevado consumo de electricidad que conlleva el uso de estos equipos. Investigadores de la Universitat Jaume I de Castellón participan en el proyecto europeo Exa2green que conseguirá reducir en un 80% el consumo energético de una aplicación de simulación meteorológica, un avance cuyos resultados se podrán trasladar en un futuro a nuevas aplicaciones.


	“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 UJI. El proyecto Exa2green, financiado a través del VII Programa Marco de la Unión Europea, ha buscado reducir el consumo de una simulación sobre modelación meteorológica en presencia de contaminantes, desarrollada por el Instituto de Investigación Climática y Meteorológica de Karlsruhe (Alemania), y 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 de Ingeniería y Ciencia de los Computadores de la UJI y publicados 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 la 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 Ingeniería y Ciencia de los Computadores 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 tengan herramientas para que esta labor resulte más fácil y eficaz, respondiendo así a otro de  los retos actuales de la supercomputación”, señala Quintana.


	 

Referencias bibliográficas:


	-        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