Recientemente, la Universidad de La Laguna fue el escenario de la defensa de una tesis doctoral que se adentra en uno de los desafíos más significativos de la ciencia contemporánea: la reducción del impacto energético y la mejora de la eficiencia en los procesos computacionales. Este trabajo, llevado a cabo por Isidoro Nieves Pérez bajo la dirección del reconocido profesor Vicente Blanco, examina el rendimiento y la eficiencia energética del programa de simulación Vienna Ab initio (VASP), un software fundamental para cálculos cuánticos que es utilizado por más de 1.400 grupos de investigación a nivel global.
El tribunal evaluador estuvo presidido por Casiano Rodríguez, también de la Universidad de La Laguna, e incluyó a José Carlos Cabaleiro, de la Universidad de Santiago de Compostela, y Gracia Ester Martín, de la Universidad de Almería. Los miembros del tribunal destacaron la complejidad del proyecto, que aborda cuestiones técnicas en física y química, áreas que se alejan del perfil informático del nuevo doctor. Reconocieron su dedicación y le otorgaron la máxima calificación.
Tesis enfocada en eficiencia energética
La investigación surge a partir del interés personal de Nieves Pérez, quien trabajó junto al profesor Alfonso Muñoz en el departamento de Física y el Instituto de Materiales y Nanotecnología. En este entorno académico, comenzó a explorar el impacto energético asociado al uso del VASP, que requiere computación de alto rendimiento (HPC) para resolver sus complejos cálculos. Este software permite comprender y predecir el comportamiento de materiales, siendo crucial para el diseño de nuevos componentes o avances farmacéuticos; sin embargo, su uso conlleva un alto costo energético.
El doctor Nieves subrayó una observación clave durante su estudio: “Me llamó la atención que, si bien se hablaba mucho sobre optimización del código, rara vez se analizaba el gasto energético como una métrica crítica”. Esta falta de conexión entre el uso científico del software y el aprovechamiento eficiente en entornos HPC es notable. Muchos grupos priorizan el tiempo computacional como indicador principal debido a su falta de formación específica para ajustar sistemas y mejorar cálculos, lo que puede llevar a una ejecución ineficiente del VASP.
Estrategias para optimizar recursos HPC
Nieves Pérez propone estrategias destinadas a ayudar al personal investigador a seleccionar los recursos HPC más adecuados para sus estudios. Su investigación se centra en determinar configuraciones óptimas mediante niveles de paralelización permitidos por VASP, explorando diversas maneras para distribuir eficazmente la carga computacional entre múltiples procesadores.
Entre las técnicas analizadas se encuentran el estándar MPI (comunicación entre procesos), OpenMP (programación en memoria compartida) y aceleración mediante unidades gráficas (GPU). Además, investiga cómo diferentes arquitecturas CPU y GPU afectan al consumo energético durante estos procesos.
Una contribución significativa de esta tesis fue la creación de una interfaz que conecta Fortran—el lenguaje utilizado por VASP—con la librería EML, desarrollada en la Universidad de La Laguna por el grupo de Computación de Altas Prestaciones. Esta herramienta permite medir detalladamente tanto el consumo energético como el tiempo computacional sin necesidad de instrumentación externa.
Análisis exhaustivo en clústeres HPC
Las pruebas realizadas se llevaron a cabo en dos fases dentro del Clúster Verode. En una primera etapa se evaluaron diferentes librerías matemáticas y parámetros del programa para identificar cuál ofrecía mayor eficiencia. La segunda fase consistió en un análisis escalable donde se evaluó cómo respondía el sistema según el tamaño muestral utilizado.
Los resultados obtenidos indicaron que no existe una única configuración óptima para ejecutar VASP. Aunque la versión 6 del programa mostró ser más eficiente junto con la librería Intel MKL, tanto el rendimiento como el consumo energético dependen considerablemente del tamaño y tipo del cálculo realizado. Las técnicas de paralelización resultan ser fundamentales: para simulaciones pequeñas pueden ser suficientes las CPUs multinúcleo con MPI; mientras que para tareas más complejas son preferibles las GPUs o enfoques híbridos GPU-OpenMP.
Apertura hacia nuevas líneas investigativas
Esta investigación abre nuevas vías en un contexto donde la computación avanzada es esencial para los desarrollos científicos actuales, especialmente ante avances como los relacionados con inteligencia artificial. El doctor Nieves concluye recordando que “no podemos ignorar el impacto ambiental derivado de decisiones tecnológicas”. Sus hallazgos evidencian que ajustes precisos en las configuraciones pueden traducirse en ahorros significativos en energía y recursos, reafirmando así que la sostenibilidad puede ser promovida desde las bases mismas del código informático.
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