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Soluciones de alto rendimiento para retos actuales de la computación científica

RTI2018-095993-B-100


Entidad Financiadora: Ministerio de Ciencia e Innovación. Programa Nacional de Investigación Científica, Desarrollo e Innovación Tecnológica.Financiación: 186.461,00 EurosInvestigador Principal: Pilar Martínez Ortigosa / Gracia Ester Martín GarzónNúmero de Investigadores: 31.Desde 01/01/2019-31/12/2021.

Resumen

El objetivo global del proyecto es investigar métodos y modelos computacionales que permitan dar respuestas a un conjunto de problemas/aplicaciones reales que únicamente pueden abordarse mediante la implementación de computación científica de alto rendimiento. Dichos problemas se plantean en diversos campos científicos y tecnológicos de gran impacto social. Serán abordados desde diversas perspectivas en las que el equipo de investigación posee una dilatada experiencia:

(1) Aplicación y desarrollo de tecnologías HPC como herramientas fundamentales para implementar soluciones a los retos abordados en este proyecto. Nos centraremos en la explotación del paralelismo que ofrecen las arquitecturas modernas caracterizadas por su heterogeneidad (por ejemplo, clusters de nodos multicore conectados a aceleradores GPU accesibles en entornos cloud). Para ello se investigará en diferentes líneas que mejoren el rendimiento paralelo. De este modo se diseñarán estrategias de balanceo de carga y de selección de recursos en sistemas heterogéneos que optimicen tanto el rendimiento como la eficiencia energética. También se desarrollarán librerías que optimizan operaciones matriciales de gran dimensión. Tales herramientas serán integradas en aplicaciones de procesado de imagen (heliostatos, imágenes hiperespectrales y microscopía electrónica) y en simulaciones asociadas a modelos de microreología.

(2) Modelos de optimización global como estrategias para resolver gran parte de los problemas de optimización reales que se plantean y que tienen una alta complejidad y demanda computacional. Se desarrollarán algoritmos eficientes tanto de tipo determinístico, meta-heurístico como de programación dinámica que se adapten a las características de los problemas. De este modo, para cada aplicación, se buscan soluciones óptimas eficientes y eficaces, en muchos casos hasta ahora desconocidas. Además, se definirán tratando de ajustar sus demandas computacionales así como su estructura a las arquitecturas HPC modernas. Combinando HPC y métodos de optimización global se abordan: problemas de control de productos perecederos, gestión eficiente del tráfico, procesado de imágenes hiperespectrales, localización de recursos, diseño de nuevos fármacos, planificación de radioterapia, diseño de plantas termosolares.

(3) Comunicaciones multimedia y seguridad. La trasmisión eficiente y segura de datos multimedia es un reto computacional de gran interés que también se aborda en este proyecto. Se plantea definir nuevas estrategias de compresión de vídeo, protocolos seguros de comunicación P2P streaming. También se explotarán las tecnologías HPC que son esenciales para implementar tanto los procesos de decodificación de video, como los protocolos de comunicación segura, dado que se requiere respuesta en tiempo real.