En computación de altas prestaciones (HPC), los elevados requisitos energéticos no sólo suponen una parte muy importante del coste total de operación de la infraestructura utilizada, sino que también suponen una limitación en el rendimiento de los sistemas que forman esa infraestructura. Por ello, la eficiencia energética es un gran reto en el campo de la computación de alto rendimiento.
Aunque se han hecho avances significativos en los nodos de cómputo de estos sistemas, la red de interconexión sigue ofreciendo un alto grado de ineficiencia energética. Y es que los enlaces de la red permanecen siempre encendidos, consumiendo toda la energía incluso cuando no se transmiten datos.
Se han realizado algunas propuestas para reducir el consumo energético de la red de interconexión, pero todavía se está lejos de llegar a la proporcionalidad energética. Un factor que lo hace complicado en el contexto HPC es el rendimiento. Así, si las técnicas son conservadoras para no penalizarlo, el ahorro de energía es insuficiente, y si son agresivas para reducir mucho más el consumo se suelen reducir las prestaciones.
Puesto que los enlaces son los elementos de la red con mayor contribución al consumo de energía, muchas de las propuestas se han centrado en ellos. El estándar Energy Efficient Ethernet (EEE) se creó con el objetivo de conseguir que los enlaces Ethernet fueran energéticamente proporcionales, idealmente reduciendo a cero su consumo en periodos de inactividad a base de apagar los enlaces. No obstante, la aplicación de este mecanismo on/off en HPC tiene serios inconvenientes relacionados con el rendimiento.
El propósito de este Trabajo Fin de Grado (TFG) es realizar un estudio del estándar EEE en entornos HPC, mostrando sus ventajas e inconvenientes mediante algunas de las técnicas que se han propuesto en este ámbito. Se llevarán esas técnicas a un simulador de redes de interconexión y se realizarán pruebas para evaluar su comportamiento.
Para el desarrollo de este TFG se usará una metodología ágil basada en Scrum. Se mantendrán reuniones periódicas, en principio quincenales, con los tutores para realizar un adecuado seguimiento que garantice el éxito del trabajo, a la vez que sirva para una provechosa retro-alimentación del mismo.
Las tareas que se deben realizar para lograr el objetivo principal del trabajo seguirán las etapas utilizada habitualmente en este tipo de trabajos, que en general consiste básicamente en motivar y justificar la conveniencia de realizar este trabajo; elegir el material necesario para ello y aprender su manejo y los datos que ofrece; establecer las configuraciones hardware/software adecuadas; recoger datos y analizarlos para extraer las conclusiones más relevantes.
De acuerdo con lo anterior, se obtienen las siguientes tareas principales a realizar en este TFG:
1. Revisión del estándar Energy Efficient Ethernet (EEE). Su conocimiento es esencial, y para realizar esta tarea se consultará diversa documentación del estándar, principalmente la generada por el grupo de IEEE que lo creó.
2. Revisión de varias propuestas que aplican el estándar EEE. Se consultarán varios trabajos en los que se ha aplicado EEE en el entorno HPC, para luego llevarlas a un simulador de redes de interconexión.
3. Incorporación de las propuestas en un simulador de redes de interconexión. Para comprobar el alcance del estándar EEE en entornos HPC, se incluirán las propuestas revisadas en la tarea anterior en un simulador para posteriormente evaluarlas en situaciones realistas.
4. Selección de un conjunto representativo de aplicaciones HPC. Los datos de consumo y rendimiento serán recogidos durante la ejecución de un numeroso conjunto de simulaciones usando
trazas del tráfico generado por aplicaciones que requieren computación de altas prestaciones.
5. Configuración de las pruebas, obtención de resultados y análisis de éstos. Se considerarán, como se ha indicado, varias aplicaciones con diferentes cargas y se harán variaciones sobre algunos parámetros. Los resultados de las pruebas serán presentados adecuadamente así como el análisis de los mismos.
Las competencias que de una u otra forma se trabajarán en este TFG son las siguientes:
- [IC3] Capacidad de analizar y evaluar arquitecturas de computadores, incluyendo plataformas paralelas y distribuidas, así como desarrollar y optimizar software para las mismas.
- [IC4] Capacidad de diseñar e implementar software de sistema y de comunicaciones.
- [IC7] Capacidad para analizar, evaluar, seleccionar y configurar plataformas hardware para el desarrollo y ejecución de aplicaciones y servicios informáticos.
- [TI4] Capacidad para seleccionar, diseñar, desplegar, integrar y gestionar redes e infraestructuras de comunicaciones en una organización.
- [TI6] Capacidad de concebir sistemas, aplicaciones y servicios basados en tecnologías de red, incluyendo Internet, web, comercio electrónico, multimedia, servicios interactivos y computación móvil.
