A com­pu­ta­ção de alto des­em­penho, tam­bém con­he­cida como High-Per­for­mance Com­pu­ting (HPC), é hoje um método importante em mui­tas áreas cien­tí­fi­cas, como a inves­ti­ga­ção farm­acêu­tica ou climá­tica. No ent­anto, os cen­tros de dados com super­com­pu­ta­do­res que con­so­mem muita ener­gia emi­tem uma quan­ti­dade con­siderá­vel de CO₂. «Redes de super­com­pu­ta­do­res otimizadas em ter­mos ener­gé­ti­cos atra­vés da uti­li­za­ção de ener­gia eólica» (ESN4NW): por trás deste título está um novo pro­jeto cola­bo­ra­tivo a nível nacio­nal, liderado pelo SICP – Soft­ware Inno­va­tion Cam­pus Pader­born, na Uni­ver­si­dade de Pader­born. Em coope­ra­ção com a West­fa­len­WIND IT, uma empresa asso­ciada ao SICP, e a sua marca wind­CORES, sur­giu a ideia de desen­vol­ver uma nova infraestru­tura de HPC com um con­ceito sus­ten­tá­vel. O Minis­té­rio Fede­ral da Edu­ca­ção e Inves­ti­ga­ção (BMBF) vai agora finan­ciar o pro­jeto durante os pró­xi­mos três anos com cerca de 2,5 mil­hões de euros. Fazem ainda parte do con­sór­cio a Uni­ver­si­dade de Pas­sau, o Insti­tuto Fraun­ho­fer de Fia­bil­idade e Micro­in­te­gra­ção (IZM), bem como as empre­sas Aix­pert­Soft GmbH, Rit­tal, Atos Deutsch­land e Zattoo. 

Ali­men­tar os cen­tros de dados de forma neu­tra em ter­mos climáticos

Jun­tos, os par­ce­i­ros do pro­jeto inves­ti­gam e demons­tram o poten­cial dos cha­ma­dos «wind­CORES». Trata-se de aero­ge­ra­do­res que alber­gam cen­tros de dados nas suas tor­res e que os abas­te­cem com a ener­gia eólica pro­du­zida no local, de forma pra­ti­ca­mente neu­tra em ter­mos climá­ti­cos. O obje­tivo do pro­jeto é desen­vol­ver a infraestru­tura e a gestão ope­ra­cio­nal de um clus­ter de HPC den­tro de várias cen­trais eóli­cas. A ener­gia reno­vá­vel direta e dis­poní­vel local­mente deve ser inte­grada na gestão ope­ra­cio­nal, para que seja apro­vei­tada ao máximo. Além disso, o calor resi­dual gerado tam­bém deve ser tido em conta como um fator limitante. 

Para fins de demons­tra­ção, vai ser adotada e imple­men­tada uma abor­d­a­gem arqui­te­tó­nica alter­na­tiva – que vai além do estado da arte. Os par­ce­i­ros do pro­jeto estão a desen­vol­ver uma infraestru­tura que, atra­vés da uti­li­za­ção inten­siva de dados e de méto­dos de inte­li­gên­cia arti­fi­cial (IA), ajusta con­ti­nu­a­mente a capa­ci­dade de com­pu­ta­ção do clus­ter HPC des­cen­tra­liz­ado por meio de uma pla­ta­forma ope­ra­cio­nal. O clus­ter está dis­tri­buído por várias tur­bi­nas eóli­cas e tem de tirar o máximo part­ido da dis­po­ni­bil­idade variá­vel de ener­gia. Além disso, o pro­jeto inves­tiga o impacto de dife­ren­tes arqui­te­tu­ras e estra­té­gias ope­ra­cio­nais na ava­lia­ção da sus­ten­ta­bil­idade do sis­tema-alvo. Para a gestão ope­ra­cio­nal apoiada por IA, são neces­sá­rios modelos com­por­ta­men­tais e de pre­visão rela­tivos à infraestru­tura e à rede ener­gé­tica local, que ainda não estão dis­poní­veis. «Os desa­fios cien­tí­fi­cos e téc­ni­cos do pro­jeto resi­dem, entre outros aspe­tos, na recolha e uti­li­za­ção inten­si­vas de dados (rede de ener­gia e infraestru­tura), na inte­gra­ção da inte­li­gên­cia arti­fi­cial nos cir­cui­tos de regu­la­ção, bem como na inte­gra­ção sis­té­mica de todos os modelos com a ajuda de um gémeo digi­tal», explica o Dr. Gun­nar Scho­ma­ker, ges­tor do SICP. «O foco está nas pre­visões sobre a dis­po­ni­bil­idade local de ener­gia em fun­ção das con­di­ções meteo­roló­gi­cas, bem como em modelos de com­por­ta­mento pre­cisos de todos os sis­te­mas inter­li­ga­dos no que diz res­peito ao seu con­sumo de ener­gia e à emis­são de calor», acre­s­centa Schomaker. 

Con­ceito ino­va­dor com comu­ta­ção inteligente

Uma par­ti­cu­la­ri­dade e ino­va­ção do pro­jeto é o facto de a torre de uma tur­bina eólica ser inte­grada como poten­cial dis­si­pa­dor de calor, quando não existe um desti­na­tá­rio do calor resi­dual ou quando este não pre­cisa do calor resi­dual nesse momento. A torre pode então absor­ver o calor resi­dual dos sis­te­mas de TI e arre­fecê-lo. Esta fun­ção deve ser uti­lizada, jun­ta­mente com a dis­po­ni­bil­idade de ener­gia, como dire­triz para o fun­cio­na­mento do clus­ter HPC. Con­cre­ta­mente, isto signi­fica que o sis­tema só fun­ciona quando há ener­gia reno­vá­vel dis­poní­vel e o calor resi­dual pode ser dis­si­pado de forma pra­ti­ca­mente neu­tra em CO₂. Numa pri­meira fase, o pro­jeto cen­tra-se na via­bil­idade téc­nica e econó­mica, na demons­tra­ção fun­cio­nal e didá­tica da gestão ope­ra­cio­nal, bem como na ava­lia­ção da sus­ten­ta­bil­idade do sis­tema ao longo do seu ciclo de vida alar­g­ado. No ent­anto, os resul­ta­dos pre­ten­di­dos devem ser apli­cá­veis não só a tur­bi­nas eóli­cas, mas tam­bém a outros sis­te­mas HPC com gera­do­res e uti­liz­ado­res de calor residual. 

«Este pro­jeto aborda, em espe­cial, os desa­fios da tran­si­ção ener­gé­tica e da digi­ta­li­za­ção. Que­remos mostrar que a cre­s­cente neces­si­dade de ener­gia resul­tante da digi­ta­li­za­ção não é um impasse para uma maior sus­ten­ta­bil­idade e que essas neces­si­d­a­des de cre­sci­mento tam­bém podem ser satis­feitas de forma flexí­vel, tanto em ter­mos de tempo como de espaço, atra­vés de ener­gias reno­vá­veis», descreve o Dr. Fiete Dub­berke, dire­tor exe­cu­tivo da West­fa­len­WIND IT, os obje­tivos do pro­jeto. «Neste con­texto, colo­ca­mos as seguin­tes ques­tões: como pode­mos lidar com o calor resi­dual pro­ve­ni­ente dos mais diversos seto­res indus­tri­ais, ou seja, como pode­mos apro­veitá-lo? Que sis­te­mas de pro­du­to­res e uti­liz­ado­res faz sent­ido inter­li­gar e que tare­fas podem ser assum­i­das por méto­dos de inte­li­gên­cia arti­fi­cial?», explica Scho­ma­ker. O con­ceito «wind­CORES», pre­mi­ado com o «Pré­mio Ale­mão de Cen­tros de Dados», já demons­trou que a inte­gra­ção de uma tur­bina eólica com um cen­tro de dados tam­bém pode ser imple­men­tada com sucesso do ponto de vista económico.