Ingeniería Electrónica · 2025
Desarrollo de un modelo de diagnóstico usando V-Nets para el monitoreo del consumo de la energía en el HPC de Guatiguará
En un mundo digitalizado y altamente dependiente de tecnologías avanzadas, la demanda energética ha crecido de manera exponencial, generando una preocupación crítica en cuanto a sostenibilidad y costos operativos. Los sistemas de High Performance Computing (HPC), fundamentales para la investigación académica y empresarial, requieren un monitoreo eficiente de su consumo energético. En este contexto, el Centro de Innovación y Desarrollo Tecnológico de Guatiguará enfrenta el desafío de optimizar el uso de energía en su infraestructura HPC, lo que motivó el desarrollo de un modelo de diagnóstico basado en redes de verificación (V-Nets). Este modelo aprovecha la capacidad de las V-Nets para manejar simultaneidad y secuenciación de eventos, permitiendo detectar y diagnosticar fallos energéticos con alta precisión. La metodología incluyó la recopilación y procesamiento de datos históricos de tensión, corriente, potencia y temperatura, que fueron transformados en eventos discretos sujetos a umbrales de validación. Posteriormente, se construyó una V-net con restricciones temporales y lógicas, complementada con un modelo de aprendizaje profundo tipo LSTM, lo que incrementó la capacidad predictiva del sistema. Los resultados obtenidos en las simulaciones mostraron métricas de exactitud y precisión superiores al 95 %, validando la efectividad del modelo. Este enfoque no solo favorece una gestión energética más eficiente y sostenible, sino que también sienta las bases para futuras aplicaciones en otros entornos de HPC. En conclusión, el modelo propuesto constituye una herramienta innovadora que contribuye a la optimización del consumo energético en centros de supercómputo, alineándose con las tendencias actuales de sostenibilidad y responsabilidad social en la era de la Industria 4.0.
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Contenido
- Introducciónp. 13
- 1. Objetivosp. 15
- 1.1 OBJETIVO GENERALp. 15
- 1.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOSp. 15
- 2. Conceptos previosp. 16
- 2.1 COMPUTACIÓN DE ALTO RENDIMIENTO (HPC)p. 16
- 2.2 MODELADO DE SECUENCIAS DE EVENTOS EN HPCp. 17
- 2.3 REDES DE EVENTOS TEMPORALES (V-NETS)p. 18
- 2.3.1 Redes de Petrip. 21
- 2.3.2 Autómatas finitosp. 21
- 2.3.3 V-netsp. 21
- 2.4 SIMULTANEIDAD Y SECUENCIAS PARCIALES DE EVENTOS EN HPCp. 22
- 2.5 MITIGACIÓN DE FALSOS POSITIVOS EN DIAGNÓSTICO ENERGÉTICOp. 22
- 2.6 IMPACTO ENERGÉTICO DE LA ESCALABILIDAD EN HPCp. 23
- 2.7 OPTIMIZACIÓN DE ALGORITMOS EN HPCp. 23
- 2.8 REFRIGERACIÓN EN HPC Y SU IMPACTO EN EL CONSUMO ENERGÉTICOp. 23
- 2.9 INFORMACIÓN TÉCNICA DEL ENTORNO DE TRABAJOp. 24
- 2.10 REFRIGERACIÓN EN HPC Y SU IMPACTO EN EL CONSUMO ENERGÉTICOp. 23
- 2.11 OPTIMIZACIÓN DE ALGORITMOS EN HPCp. 23
- 3. Desarrollo de la soluciónp. 27
- 3.1 CONTEXTUALIZACIÓNp. 27
- 3.2 PROTOTIPADO Y RECOLECCIÓN DE DATOSp. 28
- 3.2.1 Recolección de datos en el entorno HPCp. 28
- 3.2.2. Metodología de recolección de datosp. 31
- 3.2.3. Evaluación y selección de instrumentación externap. 31
- 3.2.4. Cálculo de potencia y medición de temperatura ambientep. 32
- 3.3 ENTORNO DE MEDICIÓNp. 33
- 3.4 DESARROLLO DEL SOFTWARE DE SIMULACIÓN DE V-NETSp. 36
- 3.4.1 Ejemplo de implementación en Pythonp. 37
- 3.4.2 Requerimientos y funcionalidades del softwarep. 39
- 3.4.3 Diseño y arquitectura del softwarep. 40
- 3.5 FORMALIZACIÓN DE LA V-NETSp. 41
- 3.5.1 Generación de secuencia de eventosp. 43
- 3.6 SIMULACIÓN Y VALIDACIÓN DE DATOSp. 44
- 4. Conclusionesp. 50
- 5. Recomendacionesp. 53
- Referencias Bibliográficasp. 56
- Apéndicesp. 58
- Tabla 1. Comparación entre Redes de Petri, Autómatas Finitos y V-netsp. 21
- Tabla 2. Especificaciones técnicas del Fluke 435 Serie II y Power Log 430-IIp. 25
- Tabla 3. Cronograma y proceso de recolección de datos en el HPC de Guatiguaráp. 35
- Tabla 4. Fragmento de código del simulador de V-Netsp. 37
- Tabla 5. Restricciones temporales para las secuencias de eventosp. 43
- Figura 1. Diagrama conceptual de un sistema HPCp. 17
- Figura 2. Esquema representativo de secuencias de eventos en un entorno HPCp. 18
- Figura 3. Representación gráfica de una V-netp. 20
- Figura 4. Esquema de un sistema de refrigeración en un centro de datosp. 24
- Figura 5. Diagrama del Dell PowerEdge R7625p. 24
- Figura 6. Resumen de datos históricos obtenidos de los servidores Exascalep. 29
- Figura 7. Resumen de datos históricos obtenidos de los servidores Exascalep. 29
- Figura 8. Fotografía del Dell PowerEdge R7625p. 30
- Figura 9. Registro de datos históricos de potencia (data_power_dell_modified.txt)p. 36
- Figura 10. Fragmento de datos finales obtenidosp. 39
- Figura 11. Captura de pantalla de la interfaz gráfica del simulador de V-Netsp. 40