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Verso i supercalcolatori: un progetto dell'UE migliora l'efficienza energetica nell'informatica ad alte prestazioni

Il progetto EXA2GREEN, finanziato dall'UE, sta preparando il terreno per il calcolo exascale, migliorando l'efficienza energetica del calcolo ad alte prestazioni.

I computer exascale, i cosiddetti supercomputer del futuro, sono macchine in grado di effettuare almeno 10 trilione operazioni al secondo. Il ritmo di lavoro in exascale è inconcepibilmente immenso e offre la prospettiva di un progresso trasformativo in vari campi: energia, sicurezza nazionale, ambiente, economia e importanti questioni scientifiche. Il percorso dell'exascale è tuttavia costellato da numerose sfide complesse, una delle quali è il consumo energetico. Il progetto EXA2GREEN, finanziato dall'UE, ha raccolto questa sfida e sta sviluppando un paradigma di calcolo completamente nuovo che tiene conto dell'energia e una metodologia di programmazione per il calcolo exascale. Composto da un'equipe di ricerca interdisciplinare di esperti di calcolo ad alte prestazioni provenienti da Germania, Svizzera e Spagna, il team di EXA2GREEN si sta occupando in particolare di tre attività. Innanzitutto, lo sviluppo di strumenti per misurare le prestazioni e il consumo energetico dei calcoli. In secondo luogo, l'analisi dei kernel esistenti e ampiamente usati e lo sviluppo di nuovi algoritmi efficienti dal punto di vista energetico. E infine, l'ottimizzazione di un modello climatico ad alta intensità di calcolo per ottenere una significativa riduzione del consumo energetico nelle simulazioni climatiche. Per questo terzo elemento, EXA2GREEN sta usando il modello di previsioni meteorologiche COSMO-ART, come esempio di una simulazione impegnativa il cui profilo energetico è attualmente lontano dall'essere ottimale. Attualmente il team ha svolto i due terzi delle attività del progetto e sta facendo grandi progressi. EXA2GREEN ha già sviluppato uno strumento per analizzare le prestazioni e lo spreco di energia delle applicazioni scientifiche parallele. Questo in definitiva permetterà agli scienziati e ai tecnici di identificare fonti di inefficienza energetica e di ottimizzare il codice di applicazione. I membri del team hanno inoltre prodotto modelli precisi per la caratterizzazione e la previsione di tempo-potenza-energia di diversi kernel di calcolo elementari e hanno studiato l'impronta energetica e il profilo di prestazioni di COSMO-ART su varie piattaforme di calcolo ad alte prestazioni. Il prof. Vincent Heuveline, coordinatore di EXA2GREEN presso l'Università di Heidelberg, sottolinea l'importanza della collaborazione in termini dei risultati del progetto e osserva: "Il nostro consorzio interdisciplinare di progetto comprende partner dei settori del calcolo ad alte prestazioni, dell'informatica, della matematica, della fisica e dell'ingegneria. I partner contribuiscono con le loro competenze specifiche alla collaborazione per affrontare gli argomenti di ricerca". Il viaggio di EXA2GREEN non è stato sempre facile, come spiega il prof. Heuveline: "Le attuali architetture di computer in grandi sistemi di calcolo ad alte prestazioni consumano enormi quantità di energia. Può risultare molto difficile ispezionare e capire tutti i possibili dissipatori di energia in queste piattaforme. Per capire il consumo energetico delle applicazioni, usiamo due tipi di dispositivi di misurazione della potenza, misuratori di potenza esterni e interni, e otteniamo ulteriori informazioni dai sensori dell'hardware. Associando questi dati provenienti da diverse misurazioni, otteniamo una visione dettagliata del consumo di energia". Sono in programma molti sviluppi per l'ultimo anno del progetto. Uno dei prossimi passi riguarda lo sfruttamento delle conoscenze acquisite durante la prima fase del progetto per sviluppare implementazioni a risparmio energetico di alcuni degli algoritmi considerati. Il team userà inoltre lo schema di misurazione potenza-prestazioni per lavorare su una valutazione energetica del sistema di modello di COSMO-ART e provare ad applicare, dove possibile, tecniche a risparmio energetico. I membri di EXA2GREEN sono sicuri che il loro lavoro darà un contributo prezioso per migliorare macchine di oggi e per ottenere un calcolo exascale più efficiente dal punto di vista energetico. Il prof. Heuveline osserva: "Oltre all'evidente valore intrinseco dei nuovi algoritmi a risparmio energetico che sono in grado di risolvere gli stessi problemi consumando meno energia, questo lavoro è estremamente importante per sviluppare una nuova visione olistica sul calcolo a risparmio energetico. Il nostro obiettivo generale non è solo di usare meglio le macchine di oggi, ma anche di guidare lo sviluppo dell'hardware e degli algoritmi futuri nella giusta direzione verso la prossima generazione di supercomputer exascale". EXA2GREEN fa parte dell'iniziativa proattiva FET (Tecnologie future ed emergenti) "Minimizzare al massimo il consumo energetico del calcolo". Per maggiori informazioni, visitare: http://exa2green-project.eu/

Paesi

Germania

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