L'efficienza energetica è un tema fondamentale per il CSCS, anche in caso di prestazioni massime
Il termine "supercalcolatore ad alte prestazioni" implica già un elevato fabbisogno energetico: alte prestazioni richiedono energia corrispondente. L'efficienza energetica è quindi una questione chiave negli acquisti e nell'uso dei computer del Centro nazionale svizzero di supercalcolo (CSCS), così come lo è stata nella progettazione del nuovo edificio di Lugano più di dieci anni fa.
Il CSCS sviluppa e gestisce un'infrastruttura per la ricerca di dati e supercalcolatori ad alte prestazioni che supporta la scienza in Svizzera, compresa quella del CERN e dell'Istituto Paul Scherrer (PSI), ai massimi livelli. I supercalcolatori e le simulazioni effettuate su di essi sono indispensabili per le ricerche in cui la teoria raggiunge i suoi limiti o gli esperimenti non sono possibili. Né l'universo né il clima possono essere riprodotti e studiati in laboratorio. Le simulazioni supportano anche i ricercatori sperimentali nella ricerca di nuovi composti materiali stabili, ad esempio per pannelli solari efficienti, componenti elettronici o farmaci, o addirittura permettono di sviluppare nuovi materiali. pagina esternaPrevisioni di processi biologici che potevano essere dimostrati solo con esperimenti successivi.
Alta efficienza energetica per i computer
Con il supercalcolatore "Piz Daint", nel 2012 il CSCS ha acquistato uno dei computer più efficienti al mondo dal punto di vista energetico nella classe di prestazioni petaflop (un computer in grado di eseguire un quadrilione di operazioni aritmetiche al secondo). Ciò è stato possibile grazie a un'iniziativa di co-progettazione in cui il CSCS ha lavorato a stretto contatto con produttori di hardware, sviluppatori di software, matematici e scienziati. Nell'ambito della strategia di reti e calcolo ad alte prestazioni lanciata dal Consiglio dell'ETH (pagina esternaStrategia HPCN) la Piattaforma per il calcolo scientifico avanzato (pagina esternaPASC), che da un lato mira a utilizzare hardware efficiente dal punto di vista energetico, come i processori grafici (GPU), in collaborazione con i produttori di hardware e quindi a costruire architetture di computer moderne ed efficienti dal punto di vista energetico. Dall'altro lato, i codici e gli algoritmi dei software utilizzati dai ricercatori sono ottimizzati per queste moderne architetture informatiche in modo tale da utilizzarle in modo efficiente e raggiungere così il loro obiettivo più velocemente rispetto ai supercomputer convenzionali: questo non solo fa risparmiare tempo, ma anche energia.
L'efficienza energetica delle ultime tecnologie informatiche viene continuamente migliorata. Lo dimostra anche il "Piz Daint", che è stato aggiornato più volte con generazioni di processori più efficienti: Dal 2013, anno in cui è stato pubblicato l'aggiornamento pagina esternaElenco Green500 Il supercomputer è stato classificato tra i computer più efficienti al mondo per un totale di cinque volte. Nel novembre 2016 è stato addirittura inserito nella classifica dei computer più efficienti al mondo. Anche con "pagina esternaAlpi", che entrerà in funzione nel 2023, il CSCS aumenterà di molte volte l'efficienza energetica della potenza di calcolo, poiché grazie alle nuove tecnologie richiede meno energia per le operazioni di calcolo: Esistono già sistemi simili ad "Alps" che sono in grado di eseguire fino a cinque volte più operazioni di calcolo per watt rispetto alle tecnologie precedenti. Si prevede quindi che "Alps" diventerà ancora una volta un leader mondiale nell'efficienza energetica del supercalcolo.
CO2-elettricità neutrale
Il fabbisogno di energia elettrica del CSCS è coperto al 100% da energia idroelettrica ed è coperto da emissioni di CO2-neutrale. Il consumo energetico dell'intero CSCS nel 2021 è stato di circa 37 gigawattora con una potenza media di circa 4 megawatt. A titolo di confronto, secondo gli ultimi rapporti dei media, gli impianti di ricerca del CERN e del PSI hanno un fabbisogno di elettricità rispettivamente di 1.300 gigawattora e 126 gigawattora.
Oltre a "Piz Daint", il CSCS gestisce il computer del Centro Nazionale di Supercalcolo. pagina esternaMeteoSvizzera,il pagina esternaCervello blu Computer e altri sistemi gestiti dal CSCS per conto dei partner. Il CSCS ospita anche l'ETH. Euler. I sistemi gestiti in base al contratto rappresentano circa il 35% del fabbisogno energetico totale del CSCS. Per l'associazione di ricerca sui materiali pagina esternaMARVEL,Il CSCS fornisce anche capacità di calcolo su "Piz Daint" e successivamente anche su "Alps" per l'Università di Zurigo e il PSI.
Alta efficienza anche nelle infrastrutture
Un'attenta pianificazione ha reso il CSCS uno dei centri di calcolo più efficienti dal punto di vista energetico al mondo al momento della sua apertura, nell'agosto 2012, e ancora oggi, con un PUE (Power Usage Effectiveness) inferiore a 1,2. Il pagina esternaValore PUE indica l'efficienza con cui l'energia fornita viene consumata in un centro di calcolo. Più il valore è vicino a 1,0, più il centro di calcolo è efficiente dal punto di vista energetico.
Anche dieci anni dopo il nuovo edificio di Lugano, i nuovi edifici per i centri di calcolo mirano ancora "solo" a un PUE inferiore a 1,2. Questo è anche il caso dell'ETH di Zurigo, che sta attualmente Centro di calcolo nel 中国足球彩票 di H?nggerberg (per saperne di più).
Il centro di calcolo deve la sua efficienza energetica soprattutto al suo ingegnoso ed efficiente sistema di raffreddamento. pagina esternaRaffreddamento innovativo con acqua di lago dal lago di Lugano. L'infrastruttura di raffreddamento è progettata per raffreddare i supercalcolatori con una potenza fino a 14 megawatt - infrastrutture di ricerca come "Piz Daint" o il suo successore "Alps" - in un primo circuito di raffreddamento. Questo circuito di raffreddamento viene utilizzato anche per raffreddare il centro di calcolo in estate. pagina esternaMinergie edificio per uffici certificato del CSCS.
Dopo il primo ciclo di raffreddamento, l'acqua riscaldata nel secondo circuito è ancora in grado di raffreddare computer con una potenza totale fino a 7 megawatt. Tra l'altro, il secondo circuito raffredda l'aria degli alloggiamenti - le cosiddette isole di raffreddamento - in cui sono ospitati questi sistemi più piccoli e le unità di archiviazione dati.
Il CSCS è riscaldato con il calore residuo del flusso di ritorno del secondo circuito di raffreddamento e con una pompa di calore. Il flusso di riscaldamento è basso, a 30 gradi Celsius. Nell'edificio degli uffici viene utilizzata la stessa infrastruttura per il riscaldamento in inverno e il raffreddamento in estate.
Sfruttare l'energia più volte
Per ottimizzare il più possibile il fabbisogno energetico e riutilizzare l'energia utilizzata, il CSCS ha adottato negli ultimi anni ulteriori misure innovative: Prima che l'acqua, tornata alla stazione di pompaggio, rientri nel lago, aziona due microturbine per produrre elettricità. Con 200 megawattora all'anno, l'elettricità generata dalla turbina copre oltre il 30% del fabbisogno energetico della pompa, che pompa l'acqua per una distanza di 2,8 chilometri e 30 metri in salita fino al centro di calcolo.
Il calore residuo dei computer non viene utilizzato solo per riscaldare gli uffici del CSCS. In collaborazione con l'azienda elettrica ticinese AIL (Aziende Industriali Lugano), è stata creata un'infrastruttura che fornisce calore alla città di Lugano e al nuovo campus dell'Università della Svizzera italiana con la SUPSI. Il campus utilizza circa 742 megawattora di energia termica all'anno per riscaldare gli edifici. AIL sta inoltre costruendo un impianto di cogenerazione che consentirà di produrre altri sei megawatt di calore dal calore di scarto del CSCS. La potenza termica può essere aumentata fino a 30 megawatt in combinazione con le pompe di calore.
In linea di principio, il funzionamento dei computer ad alte prestazioni è integrato in una strategia energetica ben ponderata e sostenibile.