Energy smart computing: slim omgaan met energie

Hoe kunnen we het energieverbruik van computerapplicaties verlagen? Dat onderzoeken we in dit project. Hierbij let je op de balans tussen de prestaties ten opzichte van het energieverbruik. We streven naar duurzame ICT-voorzieningen voor wetenschappelijk onderzoek, zodat het energieverbruik van onderzoeksprojecten zo laag mogelijk blijft.

Power Supply Board

ICT verbruikt veel energie en is daarmee verantwoordelijk voor een aanzienlijk deel van de CO2-uitstoot in de wereld - evenveel als het luchtverkeer! Op universiteiten en hogescholen in Nederland is het aandeel van ICT ongeveer een vijfde van het totale energieverbruik. En meer dan 90 procent van de CO2-voetafdruk van SURF wordt veroorzaakt door het stroomverbruik van onze e-infrastructuur. Tot nu toe waren de inspanningen rond energiebesparing en vergroening vaak gericht op de ICT-apparatuur zelf of op het datacenter. Dit project richt zich op het vergroenen van de applicatie in relatie tot de gebruikte ICT-infrastructuur. We hebben aanwijzingen dat je tot 10% energie kan besparen als je systeemcomponenten slimmer afstemt, zoals de klokfrequentie van CPU's en GPU's.

Doelstelling

We willen duurzame ICT-voorzieningen bieden voor wetenschappelijk onderzoek, zodat het totale energieverbruik van een bepaald onderzoeksproject tot een minimum wordt beperkt of in ieder geval binnen redelijke grenzen wordt gehouden. Hierbij kunnen keuzes worden gemaakt in het balanceren van de prestaties ten opzichte van het energieverbruik.

Urgentie

De maatschappelijke druk om energieverbruik en de CO2-uitstoot te verminderen neemt snel toe, terwijl het energieverbruik van ICT bij SURF eerder toeneemt dan afneemt. Dit vraagt om innovatieve oplossingen om zo efficiënt mogelijk met energie om te gaan.

Huidige activiteiten & eerste resultaten

  • In een eerste proof of concept (PoC) hebben we bewezen dat de klokfrequentie van een server door een gebruiker kan worden ingesteld via een commando in het job-scheduling-systeem zonder dat de server opnieuw hoeft te worden opgestart. Verder hebben we gezien dat met name voor een geheugengebonden taak energie kan worden bespaard zonder dat dit ten koste gaat van de prestaties van de applicatie.
  • We onderzoeken momenteel de EAR-software, een energiemanagement-framework voor HPC, in samenwerking met het Barcelona Supercomputing Center en hardwareleverancier Lenovo. EAR-software optimaliseert de energie-efficiëntie van een cluster van onderling verbonden nodes. Hiertoe biedt EAR energiecontrole, monitoring en optimalisatie van zowel de applicaties die op het cluster draaien als van het gehele wereldwijde cluster.
  • Eerste tests van de drie meest gebruikte applicaties op de nationale supercomputer Cartesius (die samen goed zijn voor 40% van het totale gebruik van de supercomputer) laten veelbelovende resultaten zien met behulp van het EAR-raamwerk (zie figuur hieronder). We hebben energiebesparingen van ruim 10% bereikt. In de nabije toekomst voeren we een grondiger en gedetailleerdere evaluatie uit van een bredere reeks toepassingen.
Grafiek

We testten het EAR-framework op 3 belangrijke applicaties: GROMACS (moleculaire dynamica, voornamelijk rekenkundig), AFiD (solver voor Navier-Stokes-vergelijkingen voor turbulente stroming, geheugenintensief), POP (oceaancirculatiemodel, geheugenintensief).  De figuur toont de gerealiseerde energiebesparing zonder afbreuk te doen aan de prestaties van de applicatie. 

We testten het EAR-framework op 3 belangrijke applicaties: GROMACS (moleculaire dynamica, voornamelijk rekenkundig), AFiD (solver voor Navier-Stokes-vergelijkingen voor turbulente stroming, geheugenintensief), POP (oceaancirculatiemodel, geheugenintensief).  De figuur toont de gerealiseerde energiebesparing zonder afbreuk te doen aan de prestaties van de applicatie.