ENTRA reducirá al 50% el consumo eléctrico de los centros de procesamiento de datos

En el marco del proyecto de investigación europeo ENTRA se trabaja para crear herramientas que ayuden a los ingenieros de software a programar código eficiente desde el punto de vista energético, esto es, capaz de reducir el consumo de electricidad de los centros de procesamiento de datos en hasta un 50 % y prolongar la duración de la batería de los dispositivos inteligentes.

En el ámbito de la computación, los ahorros energéticos se intentan lograr normalmente a través del hardware. Pero según un proyecto europeo reciente, mediante este planteamiento sólo se logran ahorros parciales, quizá los menos cuantiosos. Aunque se cuente con un hardware eficiente desde el punto de vista energético, gran parte de la energía que cabría ahorrar se desperdicia debido a la ineficiencia del software instalado.

El proyecto ENTRA, programado hasta septiembre de 2015, y en el que participa Imdea, ha ideado un prototipo experimental de software basado en una semántica de programación que indica a los programadores la cantidad de energía consumida en función del código que están elaborando. La herramienta de ENTRA se ejecuta en paralelo al programa y, mediante análisis de código y modelado energético, muestra la cantidad de energía que costará al ordenador ejecutar dicho programa y el efecto que tendrán las decisiones de diseño en el consumo de energía.

"Se puede comparar con el consumo de un coche", explica a Cordis el profesor John Gallagher, de la Universidad de Roskilde (Dinamarca), coordinador de ENTRA. "Lo vemos como una de las prestaciones del coche. Al comprarlo nos informan de que consume ocho litros a los cien kilómetros, pero por supuesto esto depende del estilo de conducción. Lo mismo se puede aplicar a la computación. Normalmente la energía se asocia al hardware, pero podría ahorrarse más energía mediante el software, sin variar el hardware. De ese modo no es necesario dedicar todo el esfuerzo necesario para construir hardware que posea más eficiencia energética. Este es justo el tema de estudio del proyecto ENTRA".

Eficiencia energética

ENTRA trata la eficiencia energética como un objetivo del diseño y pretende que las empresas informáticas puedan comercializar en menor tiempo productos eficientes energéticamente. La herramienta muestra el gasto (consumo) de energía en vatios o en requisitos energéticos absolutos (la energía necesaria para completar la tarea) en función de la velocidad del procesador (GHz).

En lugar de tener que esperar a que el programa se instale y se ejecute en una máquina para entonces medir su consumo energético (cuando generalmente es demasiado tarde para corregir la situación), el programador conoce con antelación el consumo energético aproximado conforme al código.

El consumo energético de los ordenadores ha pasado al primer plano tanto por razones medioambientales (la huella de carbono) como prácticas (la necesidad de que la batería dure más tiempo entre cargas). El enorme crecimiento que ha experimentado el campo de la computación en el último decenio ha motivado que los centros de procesamiento de datos consuman enormes cantidades de energía. Se precisa energía para tareas de refrigeración pero también para procesar y transportar datos.

Ahorro de batería en los smartphones

La demanda de potencia de computación de los smartphones aumentará de manera exponencial y las aplicaciones deberán diseñarse de modo que resulten más eficientes en el plano energético para así lograr que las baterías sean más pequeñas y haya que recargarlas con menor frecuencia.

El prototipo de ENTRA se ensaya en tres componentes que por lo general consumen mucha energía: procesamiento de audio en tiempo real, control de motores y robots y conexión a redes también en tiempo real. El prototipo de software se ejecuta sobre hardware de XMOS, una empresa de semiconductores de Bristol (Reino Unido) que abastece a los sectores de la automoción, la computación y los videojuegos.

Los investigadores al cargo del proyecto han constatado en estos estudios prácticos que se podría ahorrar al menos entre un veinte y un cincuenta por ciento de energía mediante prácticas como compactar los programas y optimizar la temporización de las operaciones con el fin de reducir la velocidad a la que funciona el procesador.

En XMOS se están planteando incorporar a su gama de herramientas varios componentes de ENTRA para optimizar el consumo de energía. Los resultados se han presentado también a varias empresas de renombre internacional como ARM y ST Microelectronics y en los talleres EACO (Energy Aware COmputing, COmputación Consciente de la Energía) ante académicos punteros a nivel mundial en el campo de la computación eficiente en el plano energético.

El profesor Gallagher afirma que la ampliación de los resultados de ENTRA a escala sistémica es viable. "El método es completamente independiente de cualquier hardware o dominio de aplicación puesto que se basa exclusivamente en la semántica del lenguaje de programación y en un modelo energético general. Las mismas técnicas podrían aplicarse a ordenadores de alto rendimiento", aclara.

El proyecto, en el que participan cuatro socios de Dinamarca, España y Reino Unido, se puso en marcha en octubre de 2012, finalizará el 30 de septiembre de 2015 y está financiado con 2,1 millones de euros mediante el Séptimo Programa Marco.