Cineca è uno degli enti nazionali all’avanguardia nel supercomputing e nel mettere a disposizione della comunità scientifica sistemi di elaborazione ad elevatissime prestazioni, con i quali poter completare studi sempre più complessi che richiedono tanto menti brillanti dei ricercatori quanto puro hardware per macinare calcoli. Il più recente sistema installato al Cineca nella propria sede di Bologna prende il nome di Eurora: si tratta di un supercomputer realizzato dall’italiana Eurotech che implementa alcune soluzioni tecniche molto particolari. La prima è la presenza di GPU accanto a tradizionali CPU, nella forma delle soluzioni NVIDIA Tesla basate su architettura Kepler di ultima generazione. La seconda è il sistema di raffreddamento utilizzato, basato su acqua.
La scelta dell’acqua non è così infrequente in supercomputer di notevoli dimensioni: permette di trasferire in modo più efficiente il calore generato dai componenti interni di ogni server, CPU e GPU in particolare, senza che questo comporti un aumento della temperatura interna del datacenter. Attraverso un sistema di condotti l’acqua riscaldata viene infatti portata lontano dai server, così che con radiatori di adeguate dimensioni il caldo accumulato possa venir ceduto all’esterno e il liquido raffreddato reintrodotto nel circuito di raffreddamento.
Tanto le CPU quanto le GPU di ultima generazione mettono a disposizione una notevole potenza di calcolo, a fronte di livelli di consumo che per quanto tendenzialmente in diminuzione sono unitariamente elevati. Ottenere consumi più contenuti permette sia di contenere il consumo complessivo dei server presenti nel supercomputer, voce di costo molto elevata nel mantenimento in funzione della struttura di calcolo, sia di ridurre i sistemi di dissipazione termica necessari per mantenere l’infrastruttura in funzionamento nei range di specifica.
Sino ad oggi Cineca ha potuto utilizzare un sistema indicato con il nome di Fermi, basato su architettura Blue Gene di IBM e posizionato al n°9 della più recente classifica dei top 500 supercomputer disponibili al mondo. L’evoluzione delle soluzioni Exascale nei datacenter prevede che nel medio lungo periodo i sistemi raggiungano potenze di elaborazione sempre più elevate, mantenendo i consumi all’interno dei livelli attuali. L’innovazione tecnologica deve quindi mirare a incrementare costantemente il rapporto tra potenza di calcolo e consumo dell’infrastruttura, mantenendo il consumo complessivo di quanto installato nel datacenter sul livello di quanto consumato dal supercomputer precedentemente presente. Nel caso specifico per Cineca l’installazione di Eurora prevede che il consumo complessivo rimanga sullo stesso livello del supercomputer Fermi, ponendo quale limite quello di 1 Megawatt di consumo complessivo.
Uno dei requisiti alla base dello sviluppo del supercomputer Eurora è stato quello di avere a disposizione un sistema di raffreddamento che non richiedesse l’utilizzo di sistemi di condizionamento, così da evitare che il costo di gestione ordinario del sistema dovesse prevedere anche l’energia richiesta per il raffreddamento del sistema ad aria o a liquido adottato. Questo ha portato all’utilizzo di un sistema a liquido che possa operare con liquido a temperatura ambiente, assicurando per questo differenti livelli di temperatura di funzionamento e di consumo associato dei componenti interni a seconda della temperatura esterna.
Questa slide fornita da Eurotech evidenzia come un sistema di raffreddamento a liquido con acqua a temperatura ambiente assicuri una superiore efficienza, sia in termini di consumo del sistema sia di temperatura di funzionamento dei componenti rispetto ad un sistema ad aria in ambiente climatizzato a 23 gradi centigradi. Notiamo come pur con liquido a 50 gradi di temperatura, eventualità non da escludere durante la stagione estiva, il consumo complessivo di ogni nodo sia inferiore ad un approccio ad aria e la temperatura del sistema sia mantenuta comunque entro valori di specifica.
Eurotech certifica il proprio sistema Eurora per il funzionamento con temperatura del liquido di raffreddamento che può raggiungere come massimo 55 gradi centigradi. Un design di questo tipo, infatti, opera con un differenziale di temperatura tra acqua in ingresso nel sistema ed acqua calda in uscita dal sistema che è pari a circa 5 gradi centigradi: anche con liquido esterno a 50 gradi quindi il sistema può operare correttamente.