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Incidencia de los modelos de programación paralela y escalado de frecuencia de CPUs en el consumo energético de los sistemas de HPC
Javier Balladini , Eduardo Grosclaude , Mauricio Hanzich , Remo Suppi , Dolores

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3 Rexachs , and Emilio Luque

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Departamento de Ingeniería de Computadoras, Universidad Nacional del Comahue, Argentina, {jballadi,oso}@uncoma.edu.ar 2Barcelona Supercomputing Center, Barcelona, España, mauricio.hanzich@bsc.es 3 Departamento de Arquitectura de Computadores y Sistemas Operativos, Universidad Autónoma de Barcelona, España, {remo.suppi, dolores.rexachs@uab.es, emilio.luque}@uab.es
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Resumen El consumo energético se ha vuelto uno de los mayores desafíos en
el campo de la computación de altas prestaciones (HPC). El costo energéticoproducido por las supercomputadoras, durante el tiempo de vida de la instalación, es similar al de adquisición. Así, además de su incidencia en el medio ambiente, la energía es un factor limitante para el HPC. Nuestra línea de investigación se orienta a intentar reducir el consumo energético de los sistemas de cómputo paralelo, a través de modicaciones en los algoritmos de las aplicaciones. En esteartículo, analizamos el consumo energético de las aplicaciones paralelas, buscando la posible inuencia (en el consumo) de los paradigmas de programación paralela de memoria compartida (OpenMP) y paso de mensajes (MPI), y sus variaciones a diferentes niveles de escalado de frecuencia de las CPUs. Los resultados muestran que el modelo de programación tiene una incidencia importante en el consumoenergético de los sistemas de cómputo, y que, reducir la frecuencia de las CPUs no siempre lleva a una reducción en el consumo y hasta puede aumentarlo. Creemos que este estudio puede ser un punto de partida importante para futuros trabajos en el área.
1. Introducción
La computación de altas prestaciones (HPC,

High Performance Computing )

ha

tenido, por décadas, el único objetivo deincrementar la velocidad de procesamiento de las aplicaciones cientícas. Es decir, se han considerado las prestaciones como sinónimo de velocidad. Las supercomputadoras eran diseñadas exclusivamente con la intención de aumentar la cantidad de operaciones de coma otante por segundo (FLOPS,

oating-point operations per second ).

Esto se ve reejado en la lista del TOP500 [1],

que utilizala métrica FLOPS para determinar el orden de clasicación de las supercomputadoras. Sólo importaban las prestaciones y, principalmente para el dueño de la supercomputadora, la relación precio/prestaciones. Así, se ha propiciado la aparición de supercomputadoras cada vez mas grandes, que consumen enormes cantidades de energía eléctrica. No solo se ha doblado el número de transistores cada 1824meses para incrementar las prestaciones de un nodo (ley de Moore), sino que también se ha doblado el consumo energético [2]. Consecuentemente, para garantizar el correcto funcionamiento de las supercomputadoras, se requieren sistemas de refrigeración de dimensiones extravagantes. Según datos del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), por cada watt (W)

CACIC 2010 - XVI CONGRESO ARGENTINODE CIENCIAS DE LA COMPUTACIÓN

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de energía consumido, se gastan 0,7 W de refrigeración para disipar la energía. Dado el tamaño actual de las supercomputadoras, el consumo energético de las mismas es tan elevado que producen un tremendo impacto económico y ecológico. En 2005, el gasto anual de energía eléctrica del LLNL ya era de 14,6 millones de dolares [2]. El Dr. Eric Schmidt, CEO deGoogle, dijo lo que más importa a los diseñadores de computadoras de Google no es la velocidad sino el consumo energético, porque los centros de datos pueden consumir tanta electricidad como una ciudad [3]. Actualmente, los fabricantes no solo piensan en la clasicación del TOP500, sino que también se disputan la posición en el Green500 [4], una lista de las supercomputadoras de mayor eciencia...