Refroidir les supercalculateurs de nouvelle génération
Si les supercalculateurs exaflopiques promettent d’accélérer la découverte scientifique grâce à une puissance de calcul sans précédent (plus d’un milliard de milliards de calculs par seconde), ils devraient également consommer une quantité colossale d’énergie, et produire une énorme quantité de chaleur dans le processus. «Certaines lacunes technologiques doivent encore être abordées», explique Massimo Celino, coordinateur du projet TEXTAROSSA, de l’agence nationale italienne pour les nouvelles technologies, l’énergie et le développement économique durable (ENEA). «Ces lacunes concernent l’efficacité énergétique et le contrôle thermique, ainsi que les performances de calcul. De nouvelles méthodes et de nouveaux outils destinés à l’intégration homogène des accélérateurs dans les plateformes multi-nœuds de calcul à haute performance sont également nécessaires.»
Refroidir les supercalculateurs
Contrairement à un ordinateur personnel classique, les systèmes exaflopiques multi-nœuds répartissent les responsabilités entre plusieurs nœuds indépendants, chacun d’entre eux pouvant être un ordinateur complet en soi. Cette architecture est conçue de manière à optimiser les performances, l’évolutivité et la disponibilité des services et des applications. Le projet TEXTAROSSA a développé une série d’outils et de technologies qui peuvent être intégrés dans ces plateformes exaflopiques. Le projet a été réalisé avec le soutien de l’entreprise commune européenne pour le calcul haute performance (EuroHPC JU), une initiative conçue pour développer un écosystème de supercalculateurs de classe mondiale en Europe. «Nous avons développés un nouveau système de refroidissement innovant», explique Massimo Celino. En raison de l’intense concentration de circuits dans des milliers d’unités centrales de traitement (CPU), les systèmes de calcul à haute performance (HPC) génèrent d’énormes quantités de chaleur. Si des mesures adéquates ne sont pas prises pour évacuer cette chaleur, par exemple en plaçant les ordinateurs dans une pièce climatisée, ils chaufferont tellement qu’ils finiront par tomber en panne. Ces stratégies de refroidissement peuvent également se révéler très gourmandes en énergie. Alors que les ordinateurs personnels utilisent généralement des ventilateurs pour refroidir les puces, le projet TEXTAROSSA a opté pour un matériau plus efficace. «Nous avons développé une technologie performante de refroidissement à deux phases où un fluide spécial est pompé dans un circuit en boucle fermée qui entoure les CPU», explique Massimo Celino. Agissant comme un réfrigérateur, le fluide subit des changements de phase, passant de l’état liquide à l’état vapeur, puis inversement, afin d’absorber la chaleur des processeurs et de l’évacuer en toute sécurité. Étant donné que plus l’ordinateur travaille, plus il génère de chaleur, la technologie de refroidissement a été associée à une stratégie de contrôle thermique automatisée, qui contrôle l’intensité du refroidissement en fonction de la performance des CPU.
Plus c’est petit, mieux c’est
L’équipe du projet a également développé un nouveau logiciel, conçu pour mieux gérer les tâches de calcul et accroître l’efficacité opérationnelle. «Ce logiciel accélère les processus de gestion et de déplacement des données, et permet une gestion homogène des tâches de calcul afin d’optimiser leur répartition sur les CPU», ajoute Massimo Celino. «Cela permet aux utilisateurs d’exploiter une puissance de calcul impressionnante dans le cadre d’opérations parallèles de grande envergure.» L’étape suivante du projet consistait à développer deux architectures de nœuds de calcul différentes, qui seraient exploitées dans les futures infrastructures HPC. L’équipe du projet a créé deux prototypes en utilisant différents types d’unités centrales de pointe, tous deux exploitant les outils développés dans le cadre du projet TEXTAROSSA. Plusieurs applications, telles que l’exploitation de l’IA et l’analyse de données à haute performance, ont été exécutées sur ces prototypes. L’équipe du projet a ainsi pu mesurer toute augmentation des performances de calcul et énergétique obtenues. «Nous voulions déterminer si nos techniques pouvaient servir à éviter la surchauffe des supercalculateurs, tout en garantissant la capacité de calcul nécessaire aux applications concrètes», explique Massimo Celino. Les résultats ont confirmé la faisabilité des deux systèmes prototypes, l’efficacité des outils logiciels individuels et de la technologie de refroidissement. «L’université de Turin a commandé la construction d’un prototype de plateforme, nous en avons donc trois maintenant», ajoute Massimo Celino. «Le défi consiste à présent à encore améliorer ces prototypes et à travailler sur la miniaturisation et l’ingénierie de la technologie.»
Mots‑clés
TEXTAROSSA, EuroHPC JU, calcul, chaleur, efficacité, refroidissement, fluide, changement de phase, exaflopique, supercalculateurs, HPC, CPU
