Investigación

La labor investigadora del grupo siempre ha estado centrada en el tópico de la Supercomputación. Empezó dentro de la línea de la red de interconexión, donde se propusieron diversos mecanismos para mejorar las prestaciones de las redes en distintas condiciones, como en el caso de puntos calientes (hot spots), de las redes reconfigurables, o de la tolerancia a fallos con restricciones de tiempo real. Con el transcurso del tiempo se abrieron nuevas líneas de investigación centradas en la mejora de los clusters de PCs en torno a tres temas principales, relacionados con la mejora de las prestaciones de los procesadores, el software de sistema, y el desarrollo eficiente de aplicaciones para entornos de altas prestaciones.

En la actualidad, la investigación del grupo está más centrada en los temas de la mejora de las prestaciones de los multiprocesadores en un sólo chip (CMPs), prestando particular atención a la arquitectura interna del chip, a la jerarquía de memoria y coherencia de las caches, a la gestión de energía en cores, memoria y red de interconexión, y a los problemas de tolerancia a fallos y virtualización. Asimismo, desde hace varios años estamos trabajando en la aceleración de aplicaciones científicas para arquitecturas CMPs y GPUs, específicamente en la aceleración de algoritmos bio-inspirados y la aceleración de aplicaciones bioinformáticas.

• Sistemas heterogéneos eficientes energéticamente. Financiado por el Ministerio de Economia y Competitividad. No. TIN2012-31345. 2013-2015.

Este proyecto tiene como objetivo el desarrollo de diversas técnicas hardware y software para mejorar la eficiencia energética de los sistemas de computación heterogéneos multinúcleo con diversos tipos de aceleradores, evaluando nuestros mecanismos en una serie de aplicaciones bioinformáticas usadas para resolver problemas de gran relevancia científica y trascendencia social, y que necesitan procesar un gran volumen de datos. Concretamente, dentro del apartado del desarrollo de técnicas hardware, se va a trabajar en técnicas de optimización dinámica de consumo de energía que nos permitan un uso inteligente y adaptativo de los recursos de un sistema heterogéneo adecuado a las necesidades específicas de una aplicación dada, junto al desarrollo de nuevos mecanismos de control de consumo para la ejecución eficiente de los patrones de cómputo más relevantes en las aplicaciones de gran envergadura y gran cantidad de datos; en técnicas que permitan la optimización de la comunicación entre los diversos elementos del sistema por medio de la explotación de la localidad de los datos; y finalmente, se va a estudiar y evaluar la incorporación de nuevas tecnologías de memorias y redes de interconexión para mejorar la eficiencia energética del chip. Desde el punto de vista software, proponemos el desarrollo de mecanismos que permitan la identificación, análisis y caracterización energética de los patrones de cómputo en un sistema heterogéneo, desarrollando nuevas herramientas que faciliten al usuario final la paralelización de códigos nuevos o existentes optimizando la eficiencia energética. Para evaluar estas técnicas desarrollaremos y utilizaremos benchmarks basados en los nuevos paradigmas de computación que se presentan dentro del campo de la computación novel (algoritmos bioinspirados). Finalmente, queremos también trasladar las técnicas propuestas a una serie de aplicaciones reales que necesitan procesar un gran volumen de datos. Por la experiencia que tenemos en este campo, y por la importancia del mismo, hemos elegido una serie de aplicaciones bioinformáticas en el ámbito del descubrimiento de nuevos fármacos, que resultan muy adecuadas por las altas necesidades de cálculo y el alto consumo energético que presentan.

• Diseño, evaluación y explotación de aplicaciones biomédicas para arquitecturas paralelas de altas prestaciones y bajo coste. Financiado por la Fundación SÉNECA (Comunidad Autónoma de la Región de Murcia). No. 15290/PI/2010. 2013-2016.

Resumen: Este proyecto se centra en el diseño, evaluación y explotación de importantes aplicaciones biomédicas relacionadas con la determinación de la estructura y función proteica y el descubrimiento de fármacos sobre arquitecturas paralelas de altas prestaciones y bajo coste. En este proyecto planteamos diseñar diversas alternativas paralelas que puedan ser ejecutadas en arquitecturas de bajo coste económico: arquitecturas de procesadores actuales multicore (con pocos núcleos de ejecución, como los de Intel y AMD), y arquitecturas manycore (con bastantes núcleos de ejecución, como los que tienen las tarjetas gráficas fabricadas por NVidia o AMD). Junto al diseño paralelo, se realizará un estudio del rendimiento de las aplicaciones con el fin de detectar los posibles cuellos de botella y mejorar las prestaciones de los algoritmos propuestos. Asimismo, se realizará una comparativa con el rendimiento obtenido por dichas aplicaciones en un Supercomputador, de cara a tener una referencia de lo que podríamos denominar una 'cota superior' de las prestaciones paralelas del algoritmo dado. También planteamos realizar un estudio del consumo de energía que tienen las diferentes propuestas en cada una de las arquitecturas utilizadas, así como explorar el comportamiento de nuestras soluciones para el caso de usar los denominados 'cluster heterogéneos', es decir, plataformas compuestas por varias CPUs y varias GPUs que actúan de forma coordinada para la resolución de un problema. Junto al interés por la mejora en el rendimiento de los algoritmos biomédicos paralelos, esperamos también estudiar la implementación eficiente de nuevas características en las aplicaciones biomédicas, que hagan sus predicciones más realistas y que hasta ahora no se han podido llevar a cabo debido a la carencia de recursos computacionales. Por último, reseñar que las aplicaciones utilizadas en el proyecto tienen un alto interés en problemas biomédicos de gran relevancia relacionados con el diseño de nuevos fármacos en enfermedades relacionadas con disfunciones de la coagulación sanguínea, y el estudio funcional y estructural de las proteínas implicadas.

• Arquitecturas de servidores, aplicaciones y servicios (ASAS). Financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación. TIN2009-14475-C04-02. 2010-2012.

• Estrategias de aplicación de la virtualización al entorno de los supercomputadores. Financiado por la Fundación SÉNECA (Comunidad Autónoma de la Región de Murcia). No. 00001/CS/2007. 2008-2010.

• Diseño de arquitecturas CMP eficientes energéticamente y fiables para sistemas empotrados de próxima generación. Financiado por la Fundación SÉNECA (Comunidad Autónoma de la Región de Murcia). No. 05831/PI/2007. 2007-2009.

• Arquitecturas Fiables y de Altas Prestaciones para Centros de Proceso de Datos y Servidores de Internet. Financiado por el Ministerio de Educación y Ciencia, Programa Consolider-Ingenio 2010. CSD2006-00046. 2006-2011.

• Mejora de las prestaciones, servicios y aplicaciones ofrecidas por arquitecturas cluster de altas prestaciones. Financiado por el Ministerio de Educación y Ciencia. TIN2006-15516-C04-03. 2006-2009.

• SUPERCOMPUTING ON-A-CHIP (SUPERCHIP). Financiado por el Ministerio de Educación y Ciencia. TIN2004-22968-E. 2006.

• EA-Grid: Euro-Asia Doble Grado de Master en Grid Computing. Financiado por la Unión Europea. B7-3010. 2005-2008.

• HiPEAC: Red de Excelencia en Arquitecturas Empotradas de Altas Prestaciones y Compilación. Financiado por la Unión Europea. Ref. IST-004408. Año de inicio: 2004-2009.

• Mejora de las prestaciones y servicios ofrecidos por las redes de computadores personales (II). Financiado por el Ministerio de Ciencia y Tecnología. TIC2003-08154-C06-03. 2003-2006.

• PIRÁMIDE: Proyecto Integración de Tecnologías Middleware y del Web como Soporte a la Infraestructura Grid. Financiado por la Fundación SÉNECA (Comunidad Autónoma de la Región de Murcia). PB/32/FS/02. 2003-2004.

• Mejora de las prestaciones y servicios ofrecidos por las redes de computadores personales. Desarrollo de aplicaciones multimedia distribuidas. Financiado por la Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología (CICYT). TIC2000-1151-C07-03. 2000-2003.

• PITÁGORAS: Plataforma Inteligente y Transparente para la Gestión de Recursos de Almacenamiento y Servicios. Financiado por la Fundación SÉNECA (Comunidad Autónoma de la Región de Murcia). PB/13/FS/99. 2000-2002.

• Desarrollo de una red de estaciones de trabajo de altas prestaciones y bajo coste. Financiado por la Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología (CICYT). TIC97-0897-C04-03. 1997-2000.

• Desarrollo de técnicas de encaminamiento adaptativo en redes reconfigurables. Financiado por la Universidad de Castilla-La Mancha. 1996.

• Mejora en el rendimiento de los multicomputadores: estudio de la tolerancia a fallos. Financiado por la Universidad de Castilla-La Mancha. 1994.

• Desarrollo de técnicas de encaminamiento adaptativo en redes reconfigurables. Financiado por la Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología (CICYT). TIC94-0510-C02-02. 1994-1997.

• Mejora en el rendimiento de los multicomputadores: aplicaciones al lenguaje y a la red de interconexión. Financiado por la Universidad de Castilla-La Mancha. 1993.

• Estudio de la reconfiguración dinámica de la red de interconexión en un multicomputador. Financiado por la Universidad de Castilla-La Mancha. 1992.

• Arquitecturas paralelas orientadas al cálculo matricial. Financiado por la Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología (CICYT). Ref. TIC91-1157-C03-03. 1991-1994.