Il cal­colo ad alte pres­ta­zioni, noto anche come High-Per­for­mance Com­pu­ting (HPC), è ormai uno stru­mento fon­da­men­tale in molti set­tori sci­en­ti­fici, come la ricerca farm­aceu­tica o quella sul clima. I cen­tri di cal­colo con super­com­pu­ter ad alto con­sumo ener­ge­tico, però, emet­tono una quan­tità note­vole di CO2. «Reti di super­com­pu­ter otti­miz­zate dal punto di vista ener­ge­tico gra­zie all’uso dell’energia eolica» (ESN4NW): die­tro questo titolo si nas­conde un nuovo pro­getto col­la­bo­ra­tivo a livello nazio­nale gui­dato dal SICP – Soft­ware Inno­va­tion Cam­pus Pader­born dell’Università di Pader­born. In col­la­bo­ra­zione con West­fa­len­WIND IT, azi­enda mem­bro del SICP, e il suo mar­chio wind­CORES, è nata l’idea di svi­luppare una nuova infra­strut­tura HPC basata su un approc­cio sos­teni­bile. Il Minis­tero fede­rale dell’Istruzione e della Ricerca (BMBF) finan­zierà il pro­getto per i prossimi tre anni con circa 2,5 mili­oni di euro. Del con­sor­zio fanno parte anche l’Università di Pas­sau, l’Istituto Fraun­ho­fer per l’affidabilità e la micro­in­te­gra­zione IZM e le azi­ende Aix­pert­Soft GmbH, Rit­tal, Atos Deutsch­land e Zattoo. 

Ali­men­tare i cen­tri dati in modo cli­ma­ti­ca­mente neutrale

Insieme, i part­ner del pro­getto stanno stu­di­ando e dimostrando il poten­ziale dei cosid­detti “wind­CORES”. Si tratta di tur­bine eoli­che che ospi­tano nei loro piloni dei data cen­ter e li ali­men­tano con l’energia eolica pro­dotta in loco, in modo pra­ti­ca­mente a impatto zero sul clima. L’obiettivo del pro­getto è svi­luppare l’infrastruttura e la ges­tione ope­ra­tiva di un clus­ter HPC all’interno di diversi impianti eolici. L’energia rin­no­va­bile dis­po­ni­bile dirett­amente in loco verrà inte­grata nella ges­tione ope­ra­tiva per sfrut­tarla al mas­simo. Inoltre, si terrà conto anche del calore resi­duo gene­rato come fat­tore limitante. 

A titolo dimostra­tivo, si intende per­se­guire e imple­men­tare un approc­cio archi­tet­to­nico alter­na­tivo, che vada oltre lo stato dell’arte. I part­ner del pro­getto stanno svi­lup­pando un’infrastruttura che, gra­zie a un uso inten­sivo dei dati e a metodi di intel­li­genza arti­fi­ci­ale (IA), adatta con­ti­nu­a­mente la potenza di cal­colo del clus­ter HPC decen­tra­liz­zato tra­mite una piat­ta­forma ope­ra­tiva. Il clus­ter è dis­tri­buito su diversi impianti eolici e deve sfrut­tare al mas­simo la dis­po­ni­bi­lità ener­ge­tica flut­tu­ante. Inoltre, il pro­getto stu­dia l’impatto di diverse archi­tet­ture e stra­te­gie ope­ra­tive sulla valu­ta­zione di sos­teni­bi­lità del sis­tema di desti­na­zione. Per la ges­tione ope­ra­tiva basata sull’IA ser­vono modelli com­por­ta­men­tali e pre­dit­tivi rela­tivi all’infrastruttura e alla rete ener­ge­tica locale, che al momento non sono ancora dis­po­ni­bili. «Le sfide sci­en­ti­fi­che e tec­ni­che del pro­getto risie­dono, tra l’altro, nell’acquisizione e nell’utilizzo inten­sivo dei dati (rete ener­ge­tica e infra­strut­ture), nell’integrazione dell’intelligenza arti­fi­ci­ale nei cir­cuiti di rego­la­zione, non­ché nella fusione sis­te­ma­tica di tutti i modelli tra­mite un gemello digi­tale», spiega il dott. Gun­nar Scho­ma­ker, mana­ger dell’SICP. «Al cen­tro ci sono le pre­vi­sioni sulla dis­po­ni­bi­lità ener­ge­tica locale in fun­zione delle con­di­zioni meteo­ro­lo­gi­che, oltre a modelli com­por­ta­men­tali pre­cisi di tutti gli impianti che inter­agis­cono tra loro per quanto riguarda il loro assorb­i­mento di potenza e la disper­sione di calore», con­ti­nua Schomaker. 

Un con­cetto inno­va­tivo con un sis­tema di com­mu­ta­zione intelligente

Una par­ti­co­la­rità e un’innovazione del pro­getto è che la torre di una tur­bina eolica viene inte­grata come poten­ziale dis­si­pa­tore di calore quando non c’è un uti­liz­za­tore del calore resi­duo o quando questo non ne ha biso­gno in quel momento. La torre può quindi assor­bire il calore resi­duo dei sis­temi IT e raf­fred­darlo. Questa fun­zione, insieme alla dis­po­ni­bi­lità di ener­gia, ser­virà da linea guida per il fun­zio­na­mento del clus­ter HPC. In pra­tica, questo signi­fica che il sis­tema fun­ziona solo quando c’è ener­gia rin­no­va­bile dis­po­ni­bile e il calore resi­duo può essere smal­tito in modo quasi a emis­sioni zero di CO2. Ini­zi­al­mente, il pro­getto si con­cen­trerà sulla fat­ti­bi­lità tec­nica ed eco­no­mica, sulla dimostra­zione fun­zio­nale e didat­tica della ges­tione ope­ra­tiva, non­ché sulla valu­ta­zione della sos­teni­bi­lità del sis­tema nel suo ciclo di vita esteso. I risul­tati attesi, però, dov­reb­bero essere appli­ca­bili non solo alle tur­bine eoli­che, ma anche ad altri sis­temi HPC dotati di gene­ra­tori e uti­liz­za­tori di calore residuo. 

«Il pro­getto affronta in par­ti­co­lare le sfide della tran­si­zione ener­ge­tica e della digi­ta­liz­za­zione. Vogliamo dimostrare che il cre­s­cente fabbi­so­gno ener­ge­tico della digi­ta­liz­za­zione non rappre­senta un ost­acolo alla sos­teni­bi­lità e che queste esi­genze di cre­scita possono essere sod­dis­fatte in modo fles­si­bile, sia in ter­mini di tempo che di spa­zio, gra­zie alle ener­gie rin­no­va­bili», spiega il dott. Fiete Dub­berke, ammi­nis­tra­tore dele­gato di West­fa­len­WIND IT, descri­vendo gli obi­et­tivi del pro­getto. «A tal pro­po­sito ci poniamo le seguenti domande: come pos­siamo gestire il calore resi­duo pro­ve­ni­ente dai set­tori indus­triali più dis­pa­rati, ovvero come pos­siamo sfrut­tarlo? Quali sis­temi, tra pro­dut­tori e utenti, è opport­uno col­leg­are e quali com­piti possono essere svolti dai metodi di intel­li­genza arti­fi­ci­ale?», spiega Scho­ma­ker. Il con­cetto «wind­CORES», prem­iato con il «Pre­mio tedesco per i data cen­ter», ha già dimostrato che l’integrazione di un impianto eolico con un data cen­ter può essere rea­liz­zata con suc­cesso anche dal punto di vista economico.