28/05/2015 - Exa2green. Ein europäisches Projekt mit dem Ziel, den Energieverbrauch einer Simulation in Supercomputern um 80% zu senken

Menéame

Forscher der Universitat Jaume I von Castellón nehmen am europäischen Projekt teil Exa2green was Sie bekommen werden Senkung des Energieverbrauchs um 80% einer Wettersimulations-Anwendung, deren Ergebnisse in Zukunft in neue Anwendungen übertragen werden können.

La Simulation durch Supercomputer Es ist eine Säule der heutigen wissenschaftlichen Entdeckungen geworden, aber ihre Entwicklung wird durch die energetischen Einschränkungen und den hohen Stromverbrauch, der mit der Nutzung dieser Geräte verbunden ist, behindert.

"Heute sind Computer durch den Energieverbrauch begrenzt. Technisch gesehen sind wir in der Lage, leistungsfähigere Computer zu machen, aber sie würden es nicht ertragen, sie würden sich so wärmen, dass sie nicht in Betrieb gehen könnten. Das andere Problem ist der Stromverbrauch, der sehr hohe Kosten verursacht," erklärt Enrique S. Quintana, Koordinator der Gruppe für Ingenieurwesen und Wissenschaft der UJI-Computer. Das Projekt Exa2green, das über das 7. Rahmenprogramm der Europäischen Union finanziert wird, zielt darauf ab, den Verbrauch einer vom Institut für Klima- und Klimaforschung in Karlsruhe (Deutschland) entwickelten Simulation der Wettermodellierung in Anwesenheit von Schadstoffen zu verringern, die im Zentrum für klinische Datenverarbeitung in Hamburg (Deutschland) und im CSCS-Supercomputerzentrum in der Schweiz (Schweiz) eingesetzt wird. "Diese Anwendung kann sogar Wochen dauern, um die für die Forschung erforderlichen Simulationen zu entwickeln, was einen hohen Energieverbrauch bedeutet. Das Ziel des Projekts, das nach drei Jahren Arbeit im Oktober abgeschlossen werden soll, bestand darin, die Effizienz um fünf zu steigern, d. h. den Verbrauch um bis zu 80% zu senken. Es geht darum, dass die Anwendung nicht nur leistungsfähig ist, sondern auch möglichst wenig Energie verbraucht," erklärt Quintana.

Um diese Verringerung zu erreichen, haben die Teilnehmer des europäischen Projekts, darunter auch die deutschen Universitäten Heildelberg, Karlsruhe und Hamburg, das Schweizer Computerzentrum und das IBM-Forschungszentrum in Zürich (Schweiz), an der Verbesserung der Energieeffizienz sowohl auf Hardware- als auch auf Softwareebene gearbeitet. Insbesondere hat sich der Beitrag der Forschungsgruppe der UJI auf die Verringerung des Energieverbrauchs durch die mathematische Modellierung des Simulationsprozesses konzentriert. Quintana erklärt, dass sie auch "Prozessoren gesucht haben, die weniger bekannt sind, aber eine sehr interessante Konsumrate haben. Wir haben die wichtigsten Teile der Anwendung auf diese Architekturen verlagert, sie so angepasst, dass sie effizient funktionieren und die Vorteile sehen, die diese Prozessoren gegenüber den traditionell verwendeten Systemen haben."

Die erzielte Verbesserung des Verbrauchs kann auf viele andere wissenschaftliche Anwendungen übertragen werden, die heute in Supercomputern verwendet werden. In diesem Zusammenhang werden die Arbeiten der UJI-Gruppe für Ingenieurwissenschaften und -Wissenschaft in Zeitschriften wie Concurrency and Computation veröffentlicht: Practice and Experience enthält Ergebnisse, die zwischen 10 und 30% weniger Energieverbrauch von Softwarepaketen betragen.

Anwesend bei dem wichtigsten europäischen Zitat

Die Ergebnisse der UJI-Forscher werden während des International Supercomputing Conference (ISC), der wichtigsten Konferenz zum Thema Supercomputer in Europa, im Juli in Frankfurt (Deutschland) vorgestellt. In diesem Zusammenhang unterstreicht Quintana die Bedeutung der erzielten Erfolge für die Energieeinsparung bei der Supercomputerisierung zu einem Zeitpunkt, zu dem die Simulation als "dritte Säule wissenschaftlicher Entdeckungen" etabliert wurde und die theoretische und experimentelle Analyse ergänzt.

Seit Mitte des 20. Jahrhunderts hat sich die Leistung der Hochleistungs-Computing-Hardware rasch erhöht, die ständig durch die steigende Nachfrage nach Rechenleistung in vielen wissenschaftlichen Bereichen angetrieben wird. Zu den wichtigsten Herausforderungen der Supercomputer-Technologie gehört es daher, den Energieverbrauch zu senken, der in vielen Systemen ein kritisches Niveau erreicht hat, so dass die Energiebetriebskosten nach nur wenigen Jahren den Kosten für den Erwerb der Hardware entsprechen.

Nach Abschluss des Exa2green-Projekts im kommenden Oktober, das von der Europäischen Union mit insgesamt 2.100.000 Euro finanziert wurde, wird die von Enrique Quintana koordinierte Gruppe ihre Arbeit im Bereich Hochleistungsrechnen drei Jahre lang fortsetzen. Das EU-Programm Horizont 2020 hat das Projekt „INTERTWinE: Programming Model Interoperability Towards Exascale“ mit einer Förderung von 3.860.000 Euro bewilligt. Neben der Gruppe für Computertechnik und Informatik der UJI beteiligen sich das Barcelona Supercomputing Center, die Universität Manchester (Vereinigtes Königreich), die Königliche Technische Hochschule Stockholm (Schweden), das Rechenzentrum Edinburgh, das französische Informatikinstitut INRIA, das Fraunhofer-Institut München (Deutschland) und die deutschen Unternehmen T-Systems und DLR.

Das Projekt, das im Oktober gestartet wird, zielt auf die Entwicklung von Werkzeugen ab, die die Entwicklung und Effizienz von Supercomputer-Anwendungen erleichtern. "Es geht darum, dass Programmierer, die Software für den Supercomputer entwickeln, Werkzeuge haben, um diese Arbeit einfacher und effizienter zu gestalten und damit auf eine andere Herausforderung der Supercomputer zu reagieren," sagt Quintana.

Bibliographische Angaben:

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

Weitere Informationen:

Europäisches Projekt Exa2green

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Servicio de Kommunikation | Universitat Jaume I

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