Au CSCS, l'efficacité énergétique est un thème central, même en cas de performance maximale.
Le terme "supercalculateur" implique déjà des besoins en énergie élevés - une puissance élevée nécessite de l'énergie en conséquence. L'efficacité énergétique est donc un thème central lors des achats et de l'utilisation des ordinateurs du Centre suisse de calcul scientifique (CSCS) - comme c'était déjà le cas lors de la planification du nouveau b?timent à Lugano il y a plus d'une décennie.
Le CSCS développe et exploite une infrastructure de supercalculateurs et de recherche de données qui soutient la science en Suisse - dont la recherche au CERN et à l'Institut Paul Scherrer (PSI) - au plus haut niveau. Les supercalculateurs et les simulations qu'ils permettent de réaliser sont indispensables à la recherche lorsque la théorie atteint ses limites ou que les expériences ne sont pas possibles. Ni l'univers ni le climat ne peuvent être reproduits et étudiés en laboratoire. Les simulations aident également les chercheurs expérimentaux dans la recherche de nouveaux matériaux stables, par exemple pour des capteurs solaires efficaces, des composants électroniques ou des médicaments, ou permettent même désormais c?té externePrévisions de processus biologiques qui n'ont pu être démontrés qu'ensuite par l'expérience.
Haute efficacité énergétique des calculateurs
Avec le supercalculateur "Piz Daint", le CSCS a fait l'acquisition en 2012 de l'un des ordinateurs de la classe de puissance pétaflopique (un ordinateur capable d'effectuer un billion d'opérations de calcul par seconde) les plus efficaces sur le plan énergétique au monde à l'époque. Une initiative de co-conception, dans le cadre de laquelle le CSCS a travaillé en étroite collaboration avec des fabricants de matériel, des développeurs de logiciels, des mathématiciens et des scientifiques, a permis d'atteindre ce résultat. Dans le cadre de la stratégie pour le calcul à haute performance et sa mise en réseau lancée par le Conseil des EPF (c?té externeStratégie HPCN) la Platform for Advanced Scientific Computing (c?té externePASC) a vu le jour. Il s'agit d'une part d'utiliser, en collaboration avec les fabricants de matériel, du matériel à faible consommation d'énergie comme des processeurs graphiques (GPU) et de construire ainsi des architectures informatiques modernes à faible consommation d'énergie. D'autre part, les codes et algorithmes des logiciels utilisés par les chercheurs sont optimisés pour ces architectures informatiques modernes de manière à les utiliser efficacement et à atteindre ainsi leur objectif plus rapidement que sur les superordinateurs traditionnels - ce qui permet non seulement d'économiser du temps, mais aussi de l'énergie.
L'efficacité énergétique des technologies informatiques les plus récentes est améliorée en permanence. Le "Piz Daint" en est un exemple, puisqu'il a été équipé à plusieurs reprises de générations de processeurs plus efficaces : Depuis 2013, date de la publication deux fois par an du c?té externeListe Green500 des ordinateurs les plus efficaces sur le plan énergétique au monde a été introduit, le supercalculateur se trouve donc au total cinq fois dans le top dix. En novembre 2016, il était même classé deuxième parmi les ordinateurs les plus efficaces sur le plan énergétique dans le monde. Même avec "c?té externeAlps", qui doit être mis en service en 2023, le CSCS va multiplier l'efficacité énergétique de la puissance de calcul, car il a besoin de moins d'énergie pour les opérations de calcul gr?ce à de nouvelles technologies : Il existe déjà aujourd'hui des systèmes similaires à "Alps" qui sont en mesure d'effectuer jusqu'à cinq fois plus d'opérations de calcul par watt que les technologies actuelles. "Alps" devrait donc à nouveau occuper une place de leader mondial en matière d'efficacité énergétique dans le supercalcul.
CO2-électricité neutre
Les besoins en électricité du CSCS proviennent à 100 % de l'énergie hydraulique et sont neutres en CO2-neutre. La consommation d'énergie de l'ensemble du CSCS, s'élevait en 2021 à environ 37 gigawattheures pour une puissance moyenne d'environ 4 mégawatts. A titre de comparaison, les installations de recherche du CERN et du PSI ont, selon de récents communiqués de presse, des besoins en électricité de 1300 gigawattheures et 126 gigawattheures respectivement.
Outre "Piz Daint", le CSCS exploite le calculateur de la c?té externeMétéoSuisse, den c?té externeCerveau bleu Calculateurs et autres systèmes exploités au CSCS pour le compte de partenaires. En outre, le CSCS héberge le calculateur de l'ETH. Euler . Les systèmes exploités sous contrat représentent environ 35% du besoin total en énergie du CSCS. Pour le groupement de recherche sur les matériaux c?té externeMARVEL, l'Université de Zurich et le PSI, le CSCS met en outre à disposition des capacités de calcul sur "Piz Daint" et, plus tard, sur "Alps".
Haute efficacité aussi pour l'infrastructure
Gr?ce à une planification minutieuse, le CSCS était, au moment de son ouverture en ao?t 2012 et jusqu'à aujourd'hui, l'un des centres de calcul les plus efficaces au monde en termes d'énergie, avec un PUE (Power Usage Effectivness) inférieur à 1,2. Le c?té externeValeur PUE indique l'efficacité avec laquelle l'énergie fournie est consommée dans un centre de calcul. Plus la valeur se rapproche de 1,0, plus le centre de calcul est efficace sur le plan énergétique.
Dix ans après la construction de Lugano, les constructions nouvelles de centres de calcul continuent généralement à viser "seulement" un PUE inférieur à 1,2. C'est également le cas de l'ETH Zurich, qui construit actuellement un Centre de calcul sur le campus du H?nggerberg (nous en reparlerons prochainement).
L'efficacité énergétique du centre de calcul est due avant tout à son système de refroidissement sophistiqué. c?té externeRefroidissement innovant avec l'eau du lac provenant du lac de Lugano. L'infrastructure de refroidissement est con?ue pour refroidir, dans un premier circuit de refroidissement, des supercalculateurs d'une puissance pouvant atteindre 14 mégawatts - des infrastructures de recherche comme "Piz Daint" ou son successeur "Alps". En été, ce circuit de refroidissement permet également de refroidir l'eau du lac. c?té externeMinergie du b?timent administratif certifié du CSCS.
Après le premier cycle de refroidissement, l'eau ainsi chauffée dans le deuxième circuit est encore en mesure de refroidir des ordinateurs d'une puissance totale allant jusqu'à 7 mégawatts. Pour ce faire, le deuxième circuit refroidit entre autres l'air des bo?tiers - appelés ?lots de refroidissement - dans lesquels sont logés ces systèmes plus petits et les mémoires de données.
Le CSCS est chauffé par la chaleur perdue du retour du deuxième circuit de refroidissement, conjointement avec une pompe à chaleur. Le départ du chauffage est bas, à 30 degrés Celsius. Une seule et même infrastructure est utilisée dans le b?timent administratif pour le chauffage en hiver et le refroidissement en été.
Utiliser l'énergie à plusieurs reprises
Afin d'optimiser au mieux les besoins en énergie et de réutiliser encore l'énergie utilisée lorsque cela est possible, le CSCS a pris d'autres mesures innovantes au cours des dernières années : Avant de retourner dans le lac, de retour à la station de pompage, l'eau fait tourner deux microturbines pour produire de l'électricité. Avec 200 mégawattheures par an, l'électricité produite par la turbine couvre plus de 30 % des besoins en énergie de la pompe qui pompe l'eau sur une distance de 2,8 kilomètres et 30 mètres en amont du centre de calcul.
La chaleur résiduelle des ordinateurs n'est pas seulement utilisée pour chauffer le b?timent administratif du CSCS. En collaboration avec le fournisseur d'électricité tessinois AIL (Aziende Industriali Lugano), une infrastructure a été mise en place pour alimenter en chaleur la ville de Lugano ainsi que le nouveau campus de l'Università della Svizzera italiana avec la haute école spécialisée SUPSI. Le campus utilise environ 742 mégawattheures d'énergie thermique par an pour chauffer les b?timents. L'AIL construit actuellement une centrale thermique qui permettra de produire six mégawatts de chaleur supplémentaires à partir des rejets thermiques du CSCS. La puissance thermique peut être augmentée jusqu'à 30 mégawatts en combinaison avec des pompes à chaleur.
En principe, l'exploitation des ordinateurs haute performance s'inscrit dans une stratégie énergétique réfléchie et durable.