Un aiuto per il raffreddamento dei supercomputer di nuova generazione
I supercomputer su scala exa promettono di accelerare le scoperte scientifiche grazie a una potenza di calcolo senza precedenti, eseguendo più di un miliardo di miliardi di calcoli al secondo, ma consumano un’enorme quantità di energia e producono molto calore. «Alcune lacune tecnologiche devono ancora essere colmate», spiega Massimo Celino, coordinatore del progetto TEXTAROSSA, dell’Agenzia nazionale italiana per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile (ENEA). «Ad esempio, occorre ottenere l’efficienza energetica e il controllo termico, nonché l’efficienza di calcolo. Sono inoltre necessari nuovi metodi e strumenti per integrare gli acceleratori nelle piattaforme multi-nodo di calcolo ad alte prestazioni.»
Raffreddamento dei supercomputer
A differenza del computer domestici, i sistemi multinodo su scala exa distribuiscono le responsabilità su più nodi indipendenti, ognuno dei quali può essere un computer completo a sé stante. Questa architettura è progettata per ottimizzare le prestazioni, la scalabilità e la disponibilità di servizi e applicazioni. Il progetto TEXTAROSSA ha sviluppato una serie di strumenti e tecnologie integrabili in queste piattaforme su scala exa. Il progetto è stato realizzato con il sostegno dell’impresa comune europea per il calcolo ad alte prestazioni (impresa comune EuroHPC), un’iniziativa istituita per sviluppare un ecosistema di supercalcolo di caratura internazionale in Europa. «Una tecnologia chiave da noi sviluppata è un nuovo sistema di raffreddamento innovativo», spiega Celino. A causa dell’intensa concentrazione di circuiti in migliaia di unità di elaborazione centrale (CPU), i sistemi di calcolo ad alte prestazioni (HPC, High-Performance Computing) generano enormi quantità di calore. Se non si adottano misure adeguate per rimuovere il calore, ad esempio alloggiando i computer in una stanza climatizzata, questi si surriscaldano a tal punto da subire guasti. Tali strategie di raffreddamento possono anche risultare molto dispendiose dal punto di vista energetico. I computer domestici sono generalmente dotati di ventole per raffreddare i chip, ma il progetto TEXTAROSSA ha scelto un materiale più efficiente. «Abbiamo sviluppato una tecnologia di raffreddamento efficiente a due fasi, in cui un fluido speciale viene pompato attraverso un circuito chiuso che gira intorno alle CPU», spiega Celino. Come in un frigorifero, il fluido subisce cambiamenti di fase trasformandosi da liquido a vapore, poi di nuovo in liquido, per assorbire efficacemente il calore dalle CPU e trasportarlo in sicurezza. Poiché il calore viene generato quando il carico di lavoro del computer è maggiore, la tecnologia di raffreddamento è stata abbinata a una strategia di controllo termico automatizzata, che regola l’intensità del raffreddamento in base alle prestazioni delle CPU.
La semplicità paga
Il team del progetto ha anche sviluppato un nuovo software di sistema, per gestire meglio le attività di calcolo e ottenere un’efficienza operativa maggiore. «Il software aumenta la velocità di gestione e del movimento dei dati, e permette la gestione continua dei compiti di calcolo per ottimizzare la loro distribuzione sulle CPU», aggiunge Celino. «In tal modo, gli utenti possono sfruttare un’enorme potenza di calcolo in esecuzioni parallele di grandi dimensioni.» Il passo successivo del progetto è stato lo sviluppo di due diverse architetture di nodi di calcolo, destinate alle future infrastrutture HPC. Due prototipi realizzati dal progetto usano diversi tipi di CPU di ultima generazione e sfruttano gli strumenti sviluppati nell’ambito di TEXTAROSSA. Su questi prototipi sono state eseguite diverse applicazioni, come lo sfruttamento dell’intelligenza artificiale e l’analisi dei dati ad alte prestazioni. Così facendo, l’équipe del progetto ha potuto misurare l’aumento dell’efficienza computazionale ed energetica. «Volevamo valutare se le nostre tecniche aiutino a evitare il surriscaldamento dei supercomputer, pur garantendo le capacità di calcolo per applicazioni reali», osserva Celino. I risultati hanno confermato la fattibilità di entrambi i prototipi, nonché l’efficacia dei singoli strumenti software e della tecnologia di raffreddamento. «L’Università di Torino ha chiesto di costruire un prototipo di piattaforma, quindi ora ne abbiamo tre», spiega Celino. «Ora la sfida sarà migliorare ulteriormente questi prototipi e lavorare sulla miniaturizzazione e sull’ingegnerizzazione della tecnologia.»
Parole chiave
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