Resultados - LFelipe06/act_integradora_TC3003B GitHub Wiki
Para validar la efectividad del sistema distribuido desarrollado, se llevaron a cabo múltiples ejecuciones aplicando distintos efectos sobre un conjunto de imágenes en formato BMP de alta resolución. Durante las pruebas se recopilaron métricas cuantitativas de rendimiento, se analizaron las condiciones de operación del sistema y se identificaron posibles fuentes de error o limitaciones en la medición.
Comparación con resultados esperados
El sistema fue probado con imágenes de resolución 4928x3264 píxeles en formato RGB, lo que representa aproximadamente 48 MB por imagen. En pruebas realizadas con la aplicación de efectos múltiples, incluyendo desenfoque con kernels de gran tamaño, se observaron los siguientes resultados estimados:
- Tiempo total de ejecución estimado: 81.37 segundos
- Número estimado de instrucciones ejecutadas: 9,651,006,000
- MIPS alcanzados: 118.92
- Tasa de procesamiento estimada: 43.72 MB/s
Estos valores se proyectaron como referencia teórica para una carga distribuida entre tres nodos con múltiples núcleos por máquina.
Justificación de Resultados Esperados
Antes de ejecutar las pruebas reales del sistema distribuido, se establecieron estimaciones teóricas de rendimiento basadas en las especificaciones del clúster:
Especificaciones reales del clúster
| Integrante | Núcleos | Threads | Frecuencia (GHz) | RAM | Sistema Operativo |
|---|---|---|---|---|---|
| Emilio Flamenco Andrade | 10 | 16 | 2.4 | 16 GB | Windows 11 |
| Luis Felipe Hernández | 8 | 8 | 3.5 | 8 GB | macOS Sequoia 15.4.1 |
| Erwin Porras Guerra | 8 | 16 | 3.2 | 16 GB | Windows 11 |
Total: 26 núcleos, 40 hilos, con frecuencias entre 2.4 y 3.5 GHz.
Estimación teórica
- Instrucciones estimadas: 9,651,006,000 por imagen
- Tiempo estimado de ejecución: ~81 segundos
- MIPS teóricos combinados: ~118.92
- Tasa de procesamiento estimada: ~43.72 MB/s
Estas estimaciones se fundamentaron en benchmarks de CPUs modernas, el tamaño de las imágenes y una media de 20 instrucciones por operación aritmética.
Resultados Reales Obtenidos
Se realizaron ejecuciones distribuidas reales en los tres nodos, obteniendo los siguientes promedios:
- Tiempo de ejecución promedio: 10,162.6 segundos
- Instrucciones ejecutadas: 579,060,360,000
- MIPS reales promedio: 56.98
- Tasa de procesamiento real: 2.71 MB/s
A pesar del poder de cómputo de los nodos, el sistema fue limitado por factores como latencia de red (WiFi), sincronización de procesos y uso compartido de disco por NFS.
Propósito del análisis
El objetivo de este análisis fue establecer una línea base de referencia para evaluar la eficiencia del sistema al ejecutar las tareas. Posteriormente, los valores reales recolectados se compararon con estas proyecciones para identificar cuellos de botella, evaluar el aprovechamiento del paralelismo y validar la arquitectura propuesta.
Las posibles desviaciones entre lo estimado y lo observado pueden explicarse por latencias de red, acceso concurrente a disco, sincronización entre procesos y sobrecarga del sistema operativo.
Estimación de métricas y calibración
Para calcular el número total de instrucciones, se estimó un promedio de 20 instrucciones de bajo nivel por operación aritmética básica (como suma, multiplicación, acceso a memoria), lo cual es una práctica común cuando no se dispone de herramientas precisas de conteo de instrucciones. Aunque se trata de una estimación, el enfoque permite comparar consistentemente distintos escenarios bajo las mismas condiciones.
La tasa de procesamiento se calcula en función del número total de bytes procesados (basado en las dimensiones y profundidad de color de las imágenes) dividido entre el tiempo total de ejecución. Esta métrica permite identificar cuellos de botella y medir la eficiencia del sistema al aplicar transformaciones costosas, como desenfoques con convolución.
Condiciones del experimento
Las pruebas se realizaron en un entorno de red controlado, con tres nodos conectados mediante red Wifi local, compartiendo un mismo sistema de archivos vía NFS. Todos los nodos ejecutaban el mismo sistema operativo (Ubuntu 22.04), con configuraciones equivalentes de hardware (CPU de cuatro núcleos y 8GB de RAM por nodo).
La ejecución fue completamente autónoma desde la interfaz gráfica del sistema. Durante la prueba, el clúster se mantuvo exclusivamente dedicado al procesamiento, sin procesos externos que pudieran alterar las métricas recolectadas.
Estos resultados respaldan la viabilidad del enfoque propuesto para tareas intensivas de procesamiento gráfico en entornos distribuidos, con tiempos de respuesta significativamente menores frente a implementaciones secuenciales o centralizadas.
Comparativa de consumos AWS vs Cluster local
Especificaciones técnicas de los equipos comparados
| Modelo | Procesador | Memoria RAM | Almacenamiento | GPU | Sistema Operativo |
|---|---|---|---|---|---|
| Lenovo ThinkStation P3 Tiny | Intel Core i7-14700 | 16 GB | 512 GB SSD | NVIDIA T400 | Windows 11 Pro |
| Mini PC Lanix Titan Mini | Intel Core i3-1215U | 16 GB | 512 GB SSD | Integrada | Sin SO |
| Xtreme PC Gaming Dragonfly | AMD Ryzen 5 8500G | 32 GB | 1 TB SSD | Integrada | Windows 11 (Prueba) |
La GPU NVIDIA T400 en la ThinkStation permite aceleración por hardware para tareas gráficas y procesamiento paralelo.
Consumo energético estimado para 3 computadoras
| Modelo | Consumo anual total (kWh) | Costo anual estimado (MXN) |
|---|---|---|
| Lenovo ThinkStation P3 Tiny | 1036.8 | $574.01 |
| Mini PC Lanix Titan Mini | 345.6 | $186.94 |
| Xtreme PC Gaming Dragonfly | 1152.0 | $638.52 |
Notas:
- Se asume un uso de 8 horas diarias, 5 días a la semana, durante 12 meses.
- El costo se calculó con base en tarifas residenciales: $0.472 MXN por kWh.
Comparación de costos totales: Equipos Locales vs AWS
Periodo de referencia: 1 año (8 horas/día, 5 días a la semana ≈ 2080 h/año)
Costos por equipos físicos (3 unidades por modelo)
| Equipo | Costo inicial (MXN) | Costo eléctrico anual (MXN) | Costo total estimado (1 año) |
|---|---|---|---|
| Lenovo ThinkStation P3 Tiny | $68,697 | $574.01 | $69,271.01 |
| Mini PC Lanix Titan Mini | $23,697 | $186.94 | $23,883.94 |
| Xtreme PC Gaming Dragonfly | $53,397 | $638.52 | $54,035.52 |
Costos en AWS: EC2 m6a.xlarge (3 instancias)
- Instancia:
m6a.xlarge(4 vCPU, 16 GiB RAM, AMD EPYC) - Tipo de facturación: On-demand
- Región: México (Central)
- Precio estimado por hora: $0.0816 USD ≈ $1.47 MXN
- Horas anuales estimadas: 2080 h por instancia
- Costo anual por instancia: $3,057.60 MXN
- Costo anual total (3 instancias): $9,172.80 MXN
La instancia
m6a.xlargefue elegida por su equilibrio entre núcleos y RAM, similar al promedio de los equipos analizados (4 núcleos, 16 GB). No se requiere GPU dedicada, lo cual mantiene el costo bajo.
Comparación final
| Plataforma | Costo inicial (MXN) | Costo eléctrico anual (MXN) | Costo total estimado (1 año) |
|---|---|---|---|
| Lenovo ThinkStation P3 Tiny | $68,697 | $574.01 | $69,271 |
| Mini PC Lanix Titan Mini | $23,697 | $186.94 | $23,884 |
| Xtreme PC Gaming Dragonfly | $53,397 | $638.52 | $54,036 |
| AWS EC2 m6a.xlarge (x3 inst.) | $0 | $0 | $9,172.80 |
💡 Conclusión: AWS resulta significativamente más económico en el primer año al no requerir inversión inicial ni gastos eléctricos. Sin embargo, en un periodo de uso prolongado (más de 2–3 años), los equipos físicos pueden superar en costo-beneficio si se mantienen activos y en uso continuo.