В условиях энергетического кризиса, охватившего Европу, правительства различных стран изучают способы повторного использования энергии, потребляемой крупными дата-центрами. Как сообщает газета The Wall Street Journal, речь идёт о том, чтобы направить тепло, выделяемое серверами, на обогрев домов и офисных помещений.

О подобных инициативах мы уже неоднократно рассказывали. К примеру, Microsoft строит в Финляндии облачный кампус ЦОД, который сможет отдавать избыточное «безуглеродное» тепло для обогрева трёх районов в пригородах Хельсинки. А Interxion поставит тепло от дата-центра в систему отопления в голландском Схипхоле. Схожие концепции изучают правительства ряда европейских государств, в частности, Великобритании, Дании, Норвегии и Нидерландов.

В прошлом году Amazon, Apple и Microsoft начали подключение или объявили о планах подключения крупных ЦОД к системам централизованного теплоснабжения в Ирландии, Дании и Финляндии. Google изучает возможности рекуперации тепла своих дата-центров по всей Европе. Meta✴ поставляет тепло от ЦОД для обогрева домов в Дании с 2020 года. Проекты в этой области реализуют и другие операторы дата-центров, в том числе Equinix. Отмечается, что нынешний энергетический кризис в Европе стимулирует развитие проектов по использованию избыточного тепла ЦОД.

Источник изображения: OVHcloud

Так, например, по оценкам Dutch Data Center Association, в Нидерландах уже есть 10 дата-центров, поставляющих тепло, и ещё 15 таких инициатив реализуются или находятся на стадии рассмотрения. Кроме того, операторы ЦОД испытывают давление со стороны властей и общественности из-за высокого потребления электричества, а поэтому стремятся поднять свою энергоэффективность, что тоже способствует развитию проектов по использованию тепла ЦОД для отопительных нужд.

Но существует и ряд проблем. «Мусорное» тепло большинства ЦОД имеет не такую высокую температуру, которая требуется большинству муниципальных систем отопления. Поэтому для его использования необходимы станция донагрева или иные решения вроде тепловых насосов. Кроме того, дата-центр должен располагаться рядом с тепловой сетью, чтобы энергия не рассеивалась. Наконец, во многих регионах тепло для жилых и офисных помещений требуется не более шести месяцев в году, а поэтому подобные системы будут попросту простаивать.

Группа Climate Neutral Data Centre Pact (CNDCP), объединяющая 90 % европейских операторов ЦОД, предложила добровольно снизить потребление воды до 400 мл на 1 кВт·ч к 2040 году и добиться углеродной нейтральности намного раньше 2050 года. Соответствующая цель уже поставлена ЕС, но операторы намерены добиваться её без законодательного принуждения и с опережением графика, — сообщает Data Center Dynamics.

Хотя использование воды способно оказать значительное влияние на экологию, этот фактор часто недооценивают, учитывая только расход энергии. При этом многие ЦОД активно используют воду для охлаждения оборудования, благодаря чему снижается расход всё той же энергии, но растут затраты самой жидкости, что имеет критическое значение для некоторых регионов.

Источник изображения: Christian Lue/unsplash.com

Группу CNDCP сформировали в 2021 году с намерением достичь углеродной нейтральности европейских ЦОД к 2030 году, а также обеспечить достойный ответ прочим экологическим вызовам, в том числе снизить расход воды. Для оценки эффективности использования воды используется коэффициент WUE, который отражает расход воды на каждый затраченный киловатт·час электричества. Например, исследование 2016 года показало, что на тот момент WUE для ЦОД в США составлял в среднем 1,8 л/кВт·ч.

Цели поставлены с учётом жизненного цикла уже действующих систем охлаждения, поскольку их немедленная массовая замена может принести больше вреда, чем пользы из-за ущерба экологии в процессе производства самих систем. Поэтому в CNDCP заявили, что все 74 оператора ЦОД, участвовавшие в заключении пакта, добьются потребления не более 400 мл/кВт·ч только к 2040 году. Такой показатель вывели с учётом разницы технологий, климатических и иных условий, характерных для тех или иных ЦОД.

Источник изображения: Google

Отдельные участники рынка уже заявили о намерении добиться положительного водного баланса для своих дата-центров — ЦОД будут отдавать больше чистой воды, чем потреблять. Так, Meta✴ и Microsoft планируют добиться этой цели к 2030 году. Последняя также начала устанавливать станции для очистки сточных вод ЦОД. А вот Google отметилась тем, что пыталась всеми возможными способами скрыть расход воды своими дата-центрами даже от властей.

Помимо ограничения расхода воды, подписанты CNDCP предложили ввести и другие цели для дата-центров. Например, уже сформированы две рабочие группы для подготовки к переходу на «циркулярную экономику» со вторичным использованием материалов и переработкой различных ресурсов. В частном порядке аналогичную инициативу уже несколько лет развивает Microsoft в рамках проекта Circular Center.

Всемирная гонка суперкомпьютеров экзафлопсного класса продолжается, и теперь в игру, наконец, вступил Евросоюз — консорциума EuroHPC сегодня раскрыл некоторые подробности о первой европейской система подобного уровня. Им станет машина под названием JUPITER (Joint Undertaking Pioneer for Innovative and Transformative Exascale Research), которая должна будет войти в строй в следующем году.

Система будет смонтирована в Юлихском исследовательском центре (FZJ) в Германии. Сведений об аппаратной начинке JUPITER пока не так много, но в конструкции нового HPC-монстра будет применён тот же модульный подход, что был опробован на его предшественнике, суперкомпьютере JUWELS. Последний вступил в строй в 2018 году и на данный момент содержит несколько кластеров и бустеров с различной архитектурой.

Архитектура европейской экзафлопсной системы включает необычные средства. Источник: FZJ

Новая система получит отдельные модули, куда входят вычислительные узлы, пулы памяти, узлы с различными ускорителями, узлы визуализации и т.д. Более того, она может быть дополнена блоками, которые содержат нейроморфные и квантовые системы, а также любые вычислительные модули, построенные на технологиях Евросоюза. Стоимость JUPITER оценивается примерно в €502 млн. Половину оплатит EuroHPC, четверть предоставит Министерство образования и науки Германии, оставшаяся четверть придётся на долю Министерства культуры и науки Северной Рейн-Вестфалии.

Машинный зал JUWELS. Источник: FZJ

Проектировщики уделят серьёзное внимание энергоэффективности новой системы. Ожидается, что её потребление составит около 15 МВт, то есть она будет экономичнее нынешнего лидера TOP500 в лице Frontier. Для питания JUPITER планируется задействовать возобновляемые источники энергии, а СЖО будет использовать теплоноситель с относительно высокой рабочей температурой. Рассматривается возможность утилизации выделяемого системой тепла, как это реализовано в финском LUMI.

Страны, уже запустившие системы EuroHPC отмечены тёмно-синим, светло-синие — в процессе, жёлтым отмечены новички. Источник: EuroHPC

Консорциум также анонсировал ещё четыре, более скромных суперкомпьютера. Это греческий DAEDALUS, венгерский LEVENTE, ирландский CASPIr и польский EHPCPL. В течение следующих нескольких лет EuroHPC планирует ввести в строй ещё минимум два суперкомпьютера экзафлопсного класса, так что гонка за зеттафлопом станет ещё интереснее. Впрочем, и Европе, и США надо опасаться в первую очередь Китая.

HPE и EuroHPC официально ввели в эксплуатацию вычислительную систему LUMI, установленную в ЦОД центре IT Center for Science (CSC) в Каяани (Финляндия), которая на данный момент считается самым мощным суперкомпьютером в Европе. LUMI — это первая система предэкзафлопсного класса, созданная в рамках совместного европейского проекта EuroHPC.

LUMI будет в основном использоваться для решения важных для общества задач, включая исследования в области изменения климата, медицины, наук о жизни и т.д. Система будет применяться для приложений, связанных с высокопроизводительными вычислениями (HPC), искусственным интеллектом и аналитикой данных, а также в областях их пересечения. Для отдельных пользователей суперкомпьютер будет доступен в рамках второй пилотной фазы в августе, а полностью укомплектованная система станет общедоступной в конце сентября.

Суперкомпьютер LUMI (Фото: Pekka Agarth)

Суперкомпьютер стоимостью €202 млн принадлежит EuroHPC (JU). Половина из этой суммы была предоставлена Евросоюзом, четверть — Финляндией, а остальная часть средств поступила от остальных членов консорциума, включающего 10 стран. По состоянию на 30 мая LUMI занимал третье место в списке TOP500 самых быстрых суперкомпьютеров мира. Сейчас его производительность составляет 151,9 Пфлопс при энергопотреблении 2,9 МВт.

LUMI (снег в переводе с финского) базируется на системе HPE Cray EX. Система состоит из двух комплексов. Блок с ускорителями включает 2560 узлов, каждый из которых состоит из одного 64-ядерного кастомного процессора AMD EPYC Trento и четырёх AMD Instinct MI250X. Второй блок под названием LUMI-C содержит только 64-ядерные CPU AMD EPYC Milan в 1536 двухсокетных узлах, имеющих от 256 Гбайт до 1 Тбайт RAM.

Дата-центр LUMI (Фото: Fade Creative)

LUMI также имеет 64 GPU NVIDIA A40, используемых для рабочих нагрузок визуализации, и узлы с увеличенным объёмом памяти (до 32 Тбайт на кластер). Основной интерконнект — Slingshot 11. Хранилище LUMI построено на базе СХД Cray ClusterStor E1000 c ФС Lustre: 8 Пбайт SSD + 80 Пбайт HDD. Также есть объектное Ceph-хранилище ёмкостью 30 Пбайт. Агрегированная пропускная способность СХД составит 2 Тбайт/с. В ближайшее время суперкомпьютер получит дополнительные узлы.

После завершения всех работ производительность суперкомпьютера, как ожидается, вырастет примерно до 375 Пфлопс, а пиковая производительность потенциально превысит 550 Пфлопс. Общая площадь комплекса составит порядка 300 м², а энергопотребление вырастет до 8,5 МВт. Впрочем, запас у площадки солидный — от ГЭС она может получить до 200 МВт. «Мусорное» тепло идёт на обогрев местных домов.

Наличие собственных высокопроизводительных процессоров и сопровождающей их технической инфраструктуры — в современном мире вопрос стратегического значения для любой силы, претендующей на первые роли. Консорциум European Processor Initiative (EPI), в течение долгого времени работавший над созданием мощных процессоров для нужд Евросоюза, наконец-то, получил первые весомые плоды.

О проекте EPI мы неоднократно рассказывали читателям в 2019 и 2020 годах. В частности, в 2020 году к консорциуму по разработке мощных европейских процессоров для систем экза-класса присоединилась SiPearl. Но сегодня достигнута первая серьёзная веха: EPI, насчитывающий на данный момент 28 членов из 10 европейских стран, наконец-то получил первую партию тестовых образцов процессоров EPAC1.0.

Источник изображений: European Processor Initiative (EPI)

По предварительным данным, первичные тесты новых чипов прошли успешно. Процессоры EPAC имеют гибридную архитектуру: в качестве базовых вычислительных ядер общего назначения в них используются ядра Avispado с архитектурой RISC-V, разработанные компанией SemiDynamics. Они объединены в микро-тайлы по четыре ядра и дополнены блоком векторных вычислений (VPU), созданным совместно Барселонским Суперкомпьютерным Центром (Испания) и Университетом Загреба (Хорватия).

Строение кристалла EPAC1.0

Каждый такой тайл содержит блоки Home Node (интерконнект) с кешем L2, обеспечивающие когерентную работу подсистем памяти. Имеется в составе EPAC1.0 и описанный нами ранее тензорно-стенсильный ускоритель STX, к созданию которого приложил руку небезызвестный Институт Фраунгофера (Fraunhofer IIS). Дополняет картину блок вычислений с изменяемой точностью (VRP), за его создание отвечала французская лаборатория CEA-LIST. Все ускорители в составе нового процессора связаны высокоскоростной сетью, использующей SerDes-блоки от EXTOLL.

Первые 143 экземпляра EPAC произведены на мощностях GlobalFoundries с использованием 22-нм техпроцесса FDX22 и имеют площадь ядра 27 мм². Используется упаковка FCBGA 22x22. Тактовая частота невысока, она составляет всего 1 ГГц. Отчасти это следствие использования не самого тонкого техпроцесса, а отчасти обусловлено тестовым статусом первых процессоров.

Но новорожденный CPU жизнеспособен: он успешно запустил первые написанные для него программы, в числе прочего, ответив традиционным «42» на главный вопрос жизни и вселенной. Ожидается, что следующее поколение EPAC будет производиться с использованием 12-нм техпроцесса и получит чиплетную компоновку.