La eficiencia energética, un paso necesario para avanzar en supercomputación

Existen similitudes entre un PC de sobremesa, un smartphone y un supercomputador, puesto que todos ellos son máquinas programables que ejecutan un sistema operativo, es decir, son lo que comúnmente conocemos como un ordenador. No obstante, cada uno de ellos tiene una arquitectura diseñada con un fin primario, buscado potencia y versatilidad en los casos del PC de sobremesa, potencia de cálculo en el supercomputador y eficiencia energética en los teléfonos móviles, puesto que no están siempre conectados a una fuente energética.

Las diferencias entre estos dispositivos se ven por ejemplo en los procesadores. El procesador ARM Cortex-A8 a 1 Ghz, que podemos encontrar por ejemplo en el smartphone Nokia N900, posee un solo un núcleo y viene a consumir 1 W, mientras que el procesador Intel Xeon E5-2620v2 a 2.1 Ghz con 6 cores consume 80 W y lo encontramos por ejemplo en el supercomputador TSUBAME-KFC que ocupa la posición 311 del la lista TOP500.org de los ordenadores más potentes del mundo, pero es el primero en la lista GREEN500, que son los superordenadores del TOP500 ordenados según su eficiencia energética.

Este consumo eléctrico es una de las barreras a romper si se pretende llegar a la exaescala, el trillón de cálculos por segundo, una cifra de 18 ceros. Puesto que el Tianhe-2, en primer lugar del TOP500, es capaz de realizar unas 33 mil billones de cálculos por segundos, se necesitaría ser 17 veces más potente para superar la barrera antes mencionada.

Es en este punto donde nos encontramos con el problema de la exaescala, el Tianhe-2 consume la friolera de 17.8 MW que supone unos 3060 € cada hora según el precio actual de la luz 0,18€/kWh. Curiosamente a 400 Km de Changshá, ciudad donde está ubicado el Tianhe-2, se encuentra Yichang donde está la presa de las tres gargantas, la más grande del mundo, y que genera 22.500 MW.

Según estos cálculos y en una extrapolación lineal, si el Tianhe-2 que costó 280 millones de € y gasta 27 millones de € en luz al año y hacen falta 17 ordenadores como este para llegar a la exaescala, el gasto supone una inversión de unos 5000 millones de € en su fabricación y 500 millones de € en luz al año. Algo absolutamente inviable, el objetivo es llegar a la exaescala con unos parámetros de consumo similares a los actuales. Es en este punto donde nos fijamos en los procesadores ARM, ya que al consumir un 1% de los que consume un procesador actual podrían reducir considerablemente la factura de la luz. Evidentemente el de los procesadores es un ejemplo que han de seguir el resto de dispositivos electrónicos de un ordenador y que también son relevantes en el consumo eléctrico del mismo. Aunque no todo el monte es orégano, si bien nos encontramos con dificultades a la hora de integrar los ARM en supercomputación, uno de los principales inconvenientes es que no hay un lenguaje adaptado para usar dichos procesadores en supercomputación al nivel de exaescala, es más, el lenguaje de programación en general tiene que evolucionar para optimizar el uso de procesadores en los futuros superordenadores..

Se puede augurar, que en cuanto el BSC de Barcelona, que actualmente está investigando este tema, saque unas librerías de comunicación optimizadas para ARM, comenzaremos a ver cómo proliferan los supercomputadores de este tipo, lo único que hará falta será la masificación de su uso, lo cual no será tanto problema como con los actuales, ya que los costes de mantenimiento serán asequibles.

Erasmo Seebold.
Alumno del centro IEFPS Elorrieta-Erreka Mari en prácticas en el IZO-SGI.