Le cal­cul haute per­for­mance, éga­le­ment appelé « High-Per­for­mance Com­pu­ting » (HPC), est désor­mais une méthode essen­ti­elle dans de nombreux domaines sci­en­ti­fi­ques, tels que la recher­che phar­maceu­tique ou cli­ma­tique. Les cen­tres de cal­cul équi­pés de super­cal­cu­la­teurs très gour­mands en éner­gie émet­tent tou­te­fois des quan­ti­tés importan­tes de CO₂. « Réseaux de super­cal­cu­la­teurs opti­mi­sés sur le plan éner­gé­tique grâce à l’utilisation de l’énergie éoli­enne » (ESN4NW) : der­rière ce titre se cache un nou­veau pro­jet col­la­bo­ra­tif à l’échelle natio­nale, dirigé par le SICP (Soft­ware Inno­va­tion Cam­pus Pader­born) de l’université de Pader­born. C’est en coopé­ra­tion avec West­fa­len­WIND IT, ent­re­prise membre du SICP, et sa mar­que wind­CORES qu’est née l’idée de déve­lo­p­per une nou­velle infra­struc­ture HPC repo­sant sur un con­cept dura­ble. Le minis­tère fédé­ral de l’Éducation et de la Recher­che (BMBF) finance désor­mais ce pro­jet à hauteur d’environ 2,5 mil­li­ons d’euros pour les trois pro­chai­nes années. Le con­sor­tium com­prend éga­le­ment l’université de Pas­sau, l’Institut Fraun­ho­fer pour la fia­bi­lité et la micro-inté­gra­tion (IZM), ainsi que les ent­re­pri­ses Aix­pert­Soft GmbH, Rit­tal, Atos Deutsch­land et Zattoo. 

Ali­men­ter les cen­tres de don­nées de manière neu­tre en carbone

Ensem­ble, les par­ten­aires du con­sor­tium étu­di­ent et démont­rent le potentiel des « wind­CORES ». Il s’agit d’éoliennes dont les tours abri­tent des cen­tres de don­nées et qui ali­men­tent ces der­niers avec l’électricité éoli­enne pro­duite sur place, de manière quasi neu­tre sur le plan cli­ma­tique. L’objectif du pro­jet est de déve­lo­p­per l’infrastructure et la ges­tion opé­ra­ti­on­nelle d’un clus­ter HPC au sein de plu­s­ieurs éoli­en­nes. L’énergie renou­velable dis­po­nible direc­te­ment sur place doit être inté­g­rée dans la ges­tion opé­ra­ti­on­nelle afin d’en tirer le meil­leur parti. De plus, la chaleur rési­du­elle pro­duite doit éga­le­ment être prise en compte en tant que fac­teur limitant. 

À titre de démons­tra­tion, une appro­che archi­tec­tu­rale alter­na­tive – allant au-delà de l’é­tat de l’art – doit être adop­tée et mise en œuvre. Les par­ten­aires du pro­jet déve­lo­p­pent une infra­struc­ture qui, grâce à une explo­ita­tion inten­sive des don­nées et à des métho­des d’intelligence arti­fi­ci­elle (IA), adapte en con­tinu la puis­sance de cal­cul du clus­ter HPC décen­tra­lisé via une pla­te­forme d’exploitation. Ce clus­ter est réparti sur plu­s­ieurs éoli­en­nes et doit exploi­ter de manière opti­male la dis­po­ni­bi­lité fluc­tu­ante de l’énergie. Par ail­leurs, le pro­jet étu­die l’impact de dif­fé­ren­tes archi­tec­tures et stra­té­gies d’exploitation sur l’évaluation de la dura­bi­lité du sys­tème cible. La ges­tion d’exploitation assis­tée par l’IA néces­site des modè­les com­porte­men­taux et pré­dic­tifs rela­tifs à l’infrastructure et au réseau éner­gé­tique local, qui ne sont pas encore dis­po­nibles. « Les défis sci­en­ti­fi­ques et tech­ni­ques du pro­jet rési­dent notam­ment dans la coll­ecte et l’exploitation inten­si­ves de don­nées (réseau éner­gé­tique et infra­struc­ture), dans l’intégration de l’intelligence arti­fi­ci­elle dans les bou­cles de régu­la­tion, ainsi que dans la mise en com­mun sys­té­mi­que de tous les modè­les à l’aide d’un jumeau numé­ri­que », expli­que le Dr Gun­nar Scho­ma­ker, responsable au sein du SICP. « L’accent est mis ici sur les pré­vi­si­ons rela­ti­ves à la dis­po­ni­bi­lité éner­gé­tique locale en fon­c­tion des con­di­ti­ons météo­ro­lo­gi­ques, ainsi que sur des modè­les com­porte­men­taux pré­cis de tous les équi­pe­ments en inter­ac­tion les uns avec les aut­res, en ce qui con­cerne leur con­som­ma­tion d’énergie et leur déga­ge­ment de chaleur », pour­suit M. Schomaker. 

Un con­cept inno­vant doté d’un sys­tème de com­mu­ta­tion intelligent

L’une des par­ti­cu­la­ri­tés et des inno­va­tions de ce pro­jet réside dans le fait que la tour d’une éoli­enne est inté­g­rée en tant que puits de chaleur potentiel lors­qu’il n’e­xiste aucun récep­teur de chaleur rési­du­elle ou que celui-ci n’en a pas besoin à ce moment-là. La tour peut alors absor­ber la chaleur rési­du­elle des sys­tè­mes infor­ma­ti­ques et la refro­idir. Cette fon­c­tion doit ser­vir, con­join­te­ment avec la dis­po­ni­bi­lité éner­gé­tique, de ligne direc­trice pour l’exploitation du clus­ter HPC. Con­crè­te­ment, cela signi­fie que le sys­tème ne fon­c­tionne que lors­que de l’énergie renou­velable est dis­po­nible et que la chaleur rési­du­elle peut être éva­cuée de manière quasi neu­tre en CO₂. Dans un pre­mier temps, le pro­jet se con­centre sur la faisa­bi­lité tech­ni­que et éco­no­mi­que, la démons­tra­tion fon­c­tion­nelle et péd­ago­gi­que de la ges­tion opé­ra­ti­on­nelle, ainsi que l’évaluation de la dura­bi­lité du sys­tème tout au long de son cycle de vie élargi. Les résul­tats escomp­tés doi­vent tou­te­fois être trans­posables non seu­le­ment aux éoli­en­nes, mais aussi à d’autres sys­tè­mes HPC équi­pés de géné­ra­teurs et d’utilisateurs de chaleur résiduelle. 

« Ce pro­jet aborde tout par­ti­cu­liè­re­ment les défis liés à la tran­si­tion éner­gé­tique et à la numé­ri­sa­tion. Nous sou­hai­tons démon­trer que les beso­ins éner­gé­ti­ques crois­sants liés à la numé­ri­sa­tion ne con­sti­tu­ent pas un obs­ta­cle à une plus grande dura­bi­lité et que ces beso­ins liés à la crois­sance peu­vent éga­le­ment être cou­verts de manière fle­xi­ble, tant sur le plan tem­po­rel que géo­gra­phi­que, grâce aux éner­gies renou­vel­ables », expli­que le Dr Fiete Dub­berke, direc­teur géné­ral de West­fa­len­WIND IT, en décri­vant les objec­tifs du pro­jet. « Dans ce con­texte, nous nous posons les ques­ti­ons sui­van­tes : com­ment pou­vons-nous gérer la chaleur rési­du­elle issue des sec­teurs indus­tri­els les plus divers, c’est-à-dire com­ment l’exploiter ? Quels sys­tè­mes, regrou­pant pro­duc­teurs et uti­li­sa­teurs, con­vi­ent-il de relier de manière judi­cieuse, et quel­les tâches les métho­des d’intelligence arti­fi­ci­elle peu­vent-elles prendre en charge ? », pré­cise M. Scho­ma­ker. Le con­cept « wind­CORES », récom­pensé par le « Prix alle­mand des cen­tres de don­nées », a déjà démon­tré qu’une inté­gra­tion d’une éoli­enne à un centre de don­nées peut être mise en œuvre avec suc­cès sur le plan économique.