{"id":84407,"date":"2025-09-25T11:04:19","date_gmt":"2025-09-25T11:04:19","guid":{"rendered":"https:\/\/www.ull.es\/portal\/noticias\/?p=84407"},"modified":"2025-09-25T11:04:36","modified_gmt":"2025-09-25T11:04:36","slug":"se-presenta-en-la-ull-una-tesis-doctoral-pionera-en-eficiencia-energetica-para-la-supercomputacion-cientifica","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.ull.es\/portal\/noticias\/2025\/se-presenta-en-la-ull-una-tesis-doctoral-pionera-en-eficiencia-energetica-para-la-supercomputacion-cientifica\/","title":{"rendered":"Se presenta en la ULL una tesis doctoral pionera en eficiencia energ\u00e9tica para supercomputaci\u00f3n cient\u00edfica"},"content":{"rendered":"

Una tesis doctoral, defendida recientemente en la Universidad de La Laguna, abord\u00f3 uno de los grandes retos de la ciencia moderna: reducir el impacto energ\u00e9tico y mejorar la eficiencia en los procesos computacionales, necesarios para la mayor\u00eda de los avances cient\u00edficos. El trabajo, desarrollado por Isidoro Nieves P\u00e9rez, bajo la direcci\u00f3n de Vicente Blanco<\/a>, analiza el rendimiento y la eficiencia energ\u00e9tica del programa de simulaci\u00f3n Vienna Ab initio (VASP), fundamental en c\u00e1lculos cu\u00e1nticos para el estudio de materiales a escala at\u00f3mica y que utilizan m\u00e1s de 1.400 grupos de investigaci\u00f3n en todo el mundo. Su disertaci\u00f3n se enmarca dentro del Programa de Doctorado en Ingenier\u00eda Industrial, Inform\u00e1tica y Medioambiental<\/a>.<\/p>\n

El tribunal, presidido por Casiano Rodr\u00edguez<\/a>, de la Universidad de La Laguna, e integrado por Jos\u00e9 Carlos Cabaleiro, de la Universidad de Santiago de Compostela, y Gracia Ester Mart\u00edn, de la Universidad de Almer\u00eda, recalcaron la complejidad de su proyecto por adentrarse en cuestiones t\u00e9cnicas dentro de la f\u00edsica o qu\u00edmica, alejadas del perfil inform\u00e1tico del ya doctor. Reconocieron la dedicaci\u00f3n y vocaci\u00f3n del mismo otorg\u00e1ndole la m\u00e1xima calificaci\u00f3n.<\/p>\n

La investigaci\u00f3n surge de una inquietud personal a partir de su trabajo junto al profesor Alfonso Mu\u00f1oz<\/a>, en el departamento de F\u00edsica y el Instituto de Materiales y Nanotecnolog\u00eda<\/a> de la universidad. En este entorno, comenz\u00f3 a interesarse en el impacto energ\u00e9tico de VASP, que requiere de computaci\u00f3n de alto rendimiento (HPC, de sus siglas en ingl\u00e9s) para solventar la complejidad de sus c\u00e1lculos. Con este programa se puede entender y predecir el comportamiento de los materiales, por ejemplo, para el dise\u00f1o de nuevos componentes, desarrollo de f\u00e1rmacos o avances en la electr\u00f3nica. Sin embargo, su utilizaci\u00f3n requiere un alto coste energ\u00e9tico. Seg\u00fan relata el propio doctor, hubo un punto de inflexi\u00f3n durante sus estudios en esta materia: \u201cMe llam\u00f3 la atenci\u00f3n que, si bien se hablaba mucho de optimizaci\u00f3n de c\u00f3digo, rara vez se analizara el gasto de energ\u00eda como una m\u00e9trica cr\u00edtica\u201d.<\/p>\n

Uno de los aspectos clave que subraya es esa falta de conexi\u00f3n entre el uso cient\u00edfico del software y el aprovechamiento de los recursos en entornos de supercomputaci\u00f3n. En la pr\u00e1ctica, muchos grupos de investigaci\u00f3n priorizan el tiempo de c\u00f3mputo como indicador de eficiencia, ya que carecen de formaci\u00f3n espec\u00edfica para ajustar el sistema y mejorar sus c\u00e1lculos. Como resultado, programas como VASP pueden llegar a ejecutarse de forma ineficiente. La idea es proponer estrategias que faciliten al personal investigador la selecci\u00f3n de los mejores recursos HPC para sus estudios.<\/p>\n

\"\"<\/a>En l\u00edneas generales, Nieves indaga en el tipo de configuraci\u00f3n m\u00e1s eficiente a trav\u00e9s de los niveles de paralelizaci\u00f3n que permite VASP, es decir, en las diferentes maneras en las que se puede distribuir la carga de c\u00f3mputo entre los m\u00faltiples procesadores de la m\u00e1quina para mejorar las simulaciones. Entre las t\u00e9cnicas de paralelizaci\u00f3n empleadas se encuentran el est\u00e1ndar de comunicaci\u00f3n entre procesos MPI, la programaci\u00f3n de memoria compartida OpenMP y la aceleraci\u00f3n mediante unidades de procesamiento gr\u00e1fico (GPU). Al mismo tiempo, tambi\u00e9n analiza la integraci\u00f3n de diferentes arquitecturas CPU y GPU en el consumo energ\u00e9tico.<\/p>\n

Una de las contribuciones clave de la tesis doctoral fue la implementaci\u00f3n de una interfaz para conectar Fortran, el lenguaje de programaci\u00f3n de VASP, con la librer\u00eda de medici\u00f3n de energ\u00eda<\/a> (EML, de sus siglas en ingl\u00e9s), desarrollada en la Universidad de La Laguna por el grupo de Computaci\u00f3n de Altas Prestaciones<\/a> en c\u00f3digo C. La EML fue una herramienta vital para medir el consumo energ\u00e9tico y el tiempo de c\u00f3mputo de forma detallada sin instrumentaci\u00f3n externa, pues permite comunicarse con procesadores Intel y tarjetas NVIDIA dentro de los HPC.<\/p>\n

Las pruebas se dividieron en dos etapas que se ejecutaron en el Cl\u00faster de computaci\u00f3n de altas prestaciones Verode<\/a> de la propia instituci\u00f3n acad\u00e9mica. En la fase de experimentaci\u00f3n preliminar, se estudiaron diferentes librer\u00edas matem\u00e1ticas, versiones y par\u00e1metros del programa para determinar cu\u00e1l de ellos resultaba m\u00e1s eficiente. La segunda etapa fue el an\u00e1lisis de escalabilidad, donde se puso a prueba c\u00f3mo se comportaba el sistema y qu\u00e9 opciones resultaban m\u00e1s recomendables dependiendo del tama\u00f1o de la muestra de trabajo.<\/p>\n

La defensa de la tesis evidenci\u00f3 que no existe una \u00fanica configuraci\u00f3n \u00f3ptima para la ejecuci\u00f3n de VASP. Si bien la versi\u00f3n 6 del programa, la m\u00e1s actualizada, y la librer\u00eda Intel MKL presentaron mejor eficiencia, el rendimiento y el consumo energ\u00e9tico dependen en gran medida del tama\u00f1o de la simulaci\u00f3n y el tipo de c\u00e1lculo. En este sentido, las t\u00e9cnicas de paralelizaci\u00f3n son las que juegan un papel fundamental. Para sistemas peque\u00f1os, las CPUs multin\u00facleo con MPI pueden ser suficientes, en cambio, para las simulaciones m\u00e1s complejas, las GPUs o enfoques h\u00edbridos GPU-OpenMP ofrecen mejoras sustanciales.<\/p>\n

La investigaci\u00f3n abre una l\u00ednea de trabajo en un contexto donde la computaci\u00f3n de altas prestaciones es clave en el desarrollo cient\u00edfico, especialmente con avances como la inteligencia artificial. \u201cNo podemos descartar el impacto ambiental que tienen las decisiones tecnol\u00f3gicas\u201d, recuerda no obstante el doctor por la Universidad de La Laguna. Sus conclusiones demuestran que ajustes precisos en la configuraci\u00f3n de los programas pueden traducirse en ahorros importantes de energ\u00eda, tiempo y recursos, lo que refuerza la idea de que la sostenibilidad tambi\u00e9n se puede construir desde el c\u00f3digo.<\/p>\n

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