Rodrigo Bayá & José Aguerre - Aceleración de una herramienta para la predicción de energía eléctrica de origen solar mediante arquitectura de hardware híbridas

Recientemente Uruguay ha logrado incluir de forma importante la energía eólica en su matriz energética, y se encuentra en un proceso similar respecto a la inclusión de la energía solar. En este contexto, el Instituto de Mecánica de los Fluidos e Ingeniería Ambiental (IMFIA) está desarrollando una herramienta para la predicción de estos tipos de energía con un horizonte de 48 horas. Esta herramienta se basa en el modelo de simulación climática Weather Research and Forecasting (WRF), que presenta como limitante un elevado costo computacional. Por este motivo, se ha trabajado aplicando técnicas de computación de alto desempeño (HPC, del inglés High Performance Computing) para lograr una disminución en los tiempos de cálculo.

Este proyecto se centra en la inclusión de estrategias de HPC para acelerar la herramienta en cuanto a la predicción de energía solar. Los módulos del WRF que permiten la predicción de la incidencia solar sobre el suelo se conocen como módulos de radiación. Los cálculos asociados a los módulos de radiación no son ejecutados en cada paso de predicción climática, sino cada una cantidad de pasos configurable por el usuario. Estos cálculos se realizan de manera sincrónica con respecto al resto del modelo, es decir el cómputo de la radiación nunca es realizado de manera concurrente con otros cálculos. El foco de la propuesta es modificar el paradigma de los cálculos de radiación en el WRF, buscando una versión asincrónica del mismo. A su vez, se estudia el migrado a GPU de las funciones más costosas desde el punto de vista computacional con el fin de distribuir el cómputo total entre los distintos recursos de hardware que integran el sistema.

La versión desarrollada permite desacoplar por completo el cálculo de radiación del resto de los módulos. Los resultados obtenidos, utilizando casos de prueba reales, muestran altos niveles de calidad en las simulaciones. Además, denotan aceleraciones de hasta 1.05X al ejecutar la nueva arquitectura sin recursos de hardware extra y de un 1.26X utilizando una GPU para dividir el cómputo total.