Brevet FR3070156A1 — publié le 20190222

Structure flottante équipée d'un système de refroidissement par eau d'un supercalculateur embarqué L'invention a trait à la fois au domaine de la marine et au domaine des ordinateurs, et plus précisément des supercalculateurs. Schématiquement, un supercalculateur moderne, tel le Bull Sequana, comprend une (ou plusieurs) armoire(s) renfermant des unités (appelées noeuds) de calcul, qui se présentent sous forme de tiroirs (ou lames) embarquant chacun des processeurs et des mémoires et fonctionnant en réseau. En dépit de sa consommation électrique raisonnée, un tel supercalculateur dissipe, en fonctionnement, une importante quantité de chaleur qu'il convient d'évacuer pour maintenir le supercalculateur dans une plage thermique optimale. C'est pourquoi ce type de supercalculateur est généralement équipé d'un système intégré de refroidissement. Dans le supercalculateur Bull Sequana, comme dans d'autres supercalculateurs, le système de refroidissement est à circulation de liquide (technologie dite DLC, Direct Liquid Cooling). Les demandes de brevet européen EP 2 773 172 et EP 2 773 173 (toutes deux au nom de Bull) détaillent l'architecture de systèmes de refroidissement liquide d'armoires informatiques. Dans ces systèmes, des circuits hydrauliques remplis d'un fluide 25 caloporteur parcourent les armoires informatiques, tandis qu'un échangeur de chaleur assure le refroidissement du fluide caloporteur. Cette technologie, éprouvée, est adaptée à une localisation à terre du supercalculateur. Or la demande se fait ressentir d'embarquer un supercalculateur 30 dans une structure flottante, telle qu'un navire, de sorte à permettre une projection des moyens de calcul au plus proche de sites distants (et éventuellement de déplacer ces moyens de calculs au gré des besoins). Dans ce cas, l'architecture du système de refroidissement doit être repensée car le réseau de distribution fluidique d'un navire est très 35 différent des réseaux terrestres. 2 En particulier, l'eau douce est rationnée et ne saurait être exploitée librement pour les besoins en refroidissement du supercalculateur embarqué. Il convient donc de trouver une solution pour permettre un 5 refroidissement efficace du supercalculateur embarqué dans la structure flottante, qui n'ait pas d'impact sur les circuits fluidiques existants de celle-ci. A cet effet, il est proposé une structure flottante comprenant : une coque délimitant une cale de cargaison et définissant un fond : 10 - un supercalculateur installé dans la cale de cargaison, qui comprend au moins une armoire et des composants électroniques montés dans cette armoire ; un système de refroidissement des composants électroniques, qui comprend : 15 - un radiateur monté sur le fond, à l'extérieur de la coque ; - un circuit de refroidissement, incluant au moins un conduit pour la circulation d'un fluide caloporteur, qui s'étend entre l'armoire et le radiateur, et une pompe montée sur le conduit pour la circulation forcée du fluide caloporteur dans celui-ci. 20 L'eau environnant la structure flottante peut ainsi être mise à profit pour optimiser l'échange de chaleur entre cette eau (typiquement de l'eau de mer) et le fluide caloporteur. De la sorte, le système de refroidissement des composants électroniques demeure indépendant du réseau fluidique existant de la structure flottante, qui se trouve ainsi préservé d'un surcroît de consommation que représenterait un prélèvement nécessaire au refroidissement du supercalculateur. La structure peut comprendre un château abritant une salle de commande. Dans ce cas, un système de contrôle du supercalculateur peut être installé dans la salle de commande. Ce système de contrôle inclut notamment un module de commande de la (ou chaque) pompe. Selon un mode particulier de réalisation, le radiateur comporte une paroi externe pourvue d'ailettes. Le radiateur peut par ailleurs définir au moins un compartiment rempli d'un liquide, dans lequel s'étend une partie du conduit. 3 Ce liquide est avantageusement de l'eau de mer ; dans ce cas, le compartiment peut être ouvert à une extrémité côté proue et à une autre extrémité côté poupe, de sorte à permettre la circulation de l'eau de mer dans le compartiment. 5 Le supercalculateur comprend par exemple plusieurs rangées d'armoires abritant chacune des composants électroniques. Dans ce cas, la structure flottante comporte un circuit de refroidissement pour chaque armoire. Le radiateur peut être commun à ces circuits de refroidissement. 10 Dans ce cas, le radiateur peut comprendre un compartiment pour chaque circuit de refroidissement. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description d'un mode de réalisation, faite ci-après en référence aux dessins annexés dans lesquels : 15 la FIG.1 est une vue schématique montrant un navire équipé, dans sa cale, d'un supercalculateur et, dans sa timonerie, d'un centre de contrôle du supercalculateur ; la FIG.2 est une vue en perspective et en coupe du navire de la FIG.1, selon le plan de coupe Il-Il ; 20 - la FIG.3 est une vue de détail en coupe transversale, à plus grande échelle, du navire de la FIG.2, montrant une partie du supercalculateur et de son système de refroidissement. Sur la FIG.1 est représentée une structure 1 flottante. Il s'agit en l'espèce d'un navire, typiquement un cargo destiné au fret tel qu'un porte- 25 conteneur ou un vraquier. Il pourrait s'agir d'une plateforme flottante d'exploitation minière, pétrolière ou gazière, d'un port flottant, d'une barge ou encore d'une habitation ou d'une ville flottante. La structure 1 comprend, en premier lieu, une coque 2, qui s'étend d'une proue 3 à une poupe 4 de la structure 1. De manière classique, la 30 coque 2 définit un fond 5 pour la structure 1 flottante. Le fond 5 comprend une paroi 6 externe, de préférence raidie par des renforts 7 longitudinaux. Selon un mode préféré de réalisation, illustré sur la FIG.2, la coque 2 est à double fond. Dans ce cas, le fond 5 comprend une paroi interne ou plafond 8 de ballast, espacé de la paroi 35 6 externe. 4 Entre la paroi 6 externe et le plafond 8 de ballast, sont définies des citernes 9 de ballast qui peuvent être remplies d'eau de mer ou vidangées selon les besoins d'équilibrage de la structure 1. Dans l'exemple illustré, le fond 5 comprend, entre la paroi 6 externe 5 et le plafond 8 de ballast, des carlingues 10, 11 qui s'étendent longitudinalement et définissent entre elles les citernes 9 de ballast. Selon un mode de réalisation illustré sur la FIG.2, on distingue une carlingue 10 centrale, relativement épaisse, et des carlingues 11 latérales, relativement plus minces. 10 Sur les côtés latéraux, la coque 2 définit des bordes 12 de muraille qui forment les flancs de la structure 1. A leur jonction avec le fond 5, les bordes 12 de muraille définissent avantageusement des ballasts 13 latéraux, qui peuvent également être remplis d'eau de mer ou vidangés selon les besoins d'équilibrage de la structure 1. 15 Dans l'exemple illustré, les bordes 12 de murailles sont pourvues de membrures 14 qui s'étendent verticalement, parallèlement les unes aux autres, et dont la fonction est de raidir les bordes 12 de muraille. Comme on le voit sur la FIG.2, la coque 2 peut en outre comprendre des lisses 15 de pavois qui s'étendent sensiblement 20 perpendiculairement, vers l'intérieur, à partir des bordes 12 de muraille. Les lisses 15 de pavois sont avantageusement raidies au moyen de renforts 7 de muraille, qui s'étendent longitudinalement, et de goussets 16, qui s'étendent transversalement. La coque 2 délimite au moins une - et de préférence plusieurs - 25 cale(s) 17 de cargaison. Dans l'exemple illustré sur la FIG.1, la coque délimite quatre cales 17 de cargaison. Dans l'exemple illustré sur la FIG.2, chaque cale 17 de cargaison est délimitée : vers le bas, par le fond 5 (et, plus précisément, par le plafond 8 de 30 ballast), latéralement, par les bordes 12 de muraille. Selon un mode préféré de réalisation illustré sur la FIG.2, la (ou chaque) cale 17 de cargaison s'ouvre, vers le haut (à la verticale du plafond 8 de ballast) par une écoutille 18 délimitée latéralement par les 35 lisses 15 de pavois. L'écoutille 18 peut être fermée par un panneau de cale amovible (non représenté). C'est par cette écoutille que la cargaison 5 peut être introduite dans la cale 17, ou en être extraite, notamment au moyen d'une grue (par ex. montée sur une lisse 15 de pavois). Comme on le voit sur la FIG.1, la coque 2 définit, au niveau de la proue 3, un ballast 19 de proue. Par ailleurs, la structure 1 comprend, 5 au-delà des cales 17 du côté de la poupe 4, un compartiment machine 20, qui abrite un moteur 21 et une transmission 22 du couple généré par le moteur 21 à une propulsion 23 (par ex. à hélice). La structure 1 flottante comprend, en deuxième lieu, un château 24 abritant une salle de commande ou passerelle 25. La passerelle 25 10 comprend typiquement des instruments de navigation et un dispositif de commande de la propulsion, relié au compartiment machine 20 (et plus précisément au moteur 21). Comme illustré sur les dessins, la structure 1 embarque un supercalculateur 26 installé dans une cale 17 de cargaison. Ce 15 supercalculateur 26 comprend au moins une armoire 27 et des composants 28 électroniques montés dans cette armoire 27. Selon un mode particulier de réalisation, le supercalculateur 26 se présente sous forme d'une ferme de serveurs. Comme représenté sur la FIG.2, les armoires 27 de serveurs peuvent être réparties en rangées 20 dans la cale 17 de cargaison. Dans l'exemple illustré, chaque rangée s'étend transversalement (c'est-à-dire perpendiculairement) aux bordes 12 de muraille. Cependant, cette disposition n'est pas limitative. Les rangées pourraient notamment être disposées longitudinalement, c'est-à-dire parallèlement aux bordes 25 12 de muraille. Chaque rangée comprend, en l'espèce, une série d'armoires 27 abritant chacune des composants 28 électroniques. Plus précisément, chaque armoire 27 peut abriter des rangées d'unités 29 (dites modules) de calcul sous forme de tiroirs (ou lames) montés coulissants sur une 30 ossature et qu'un opérateur 30 peut extraire par traction pour en assurer le câblage ou la maintenance. Chaque lame 29 intègre des composants électroniques de calcul (processeurs) et de mémoire (mémoire centrale, RAM). Les lames 29 d'une même armoire 27 et, à un niveau supérieur, les armoires 27, sont 35 reliées entre elles pour former un réseau informatique local qui, d'un point de vue fonctionnel, constitue le supercalculateur 26. 6 Les tâches de calcul dévolues au supercalculateur 26 sont coordonnées par un dispositif de contrôle ou console 31, pourvue d'une interface homme-machine. Les tâches sont subdivisées en sous-tâches réparties entre les différentes armoires 27 et les différentes lames 29, 5 qui fonctionnent de concert et dont les résultats sont ensuite agrégés pour être retournés à la console 31 et affichés sur l'interface. La console 31 est avantageusement installée dans la passerelle 25. La structure 1 comprend, en troisième lieu, un système 32 de refroidissement du supercalculateur 26 (et plus précisément de ses 10 composants 28 électroniques). Ce système 32 de refroidissement comprend un radiateur 33 et un (ou plusieurs) circuit(s) 34 de refroidissement. Le radiateur 33 est monté sur le fond 5, à l'extérieur de la coque 2. Selon un mode de réalisation illustré sur les dessins, et plus 15 particulièrement sur la FIG.2 et sur la FIG.3, le radiateur 33 est monté sur la paroi 6 externe. Il peut y être fixé par tous moyen, y compris par soudure. Lorsque l'installation du supercalculateur 26 est planifiée au moment de la fabrication de la structure 1 flottante, la coque 2 peut être adaptée, 20 et la paroi 6 externe être conformée pour intégrer le radiateur 33. Néanmoins, lorsque (comme dans le cas illustré) le supercalculateur 26 est installé dans une structure 1 existante, des aménagements doivent être effectués. En particulier, le radiateur 33 est rapporté et fixé sur la paroi 6 externe de la coque 2. 25 Par ailleurs, dans le mode de réalisation illustré, où le supercalculateur 26 comprend plusieurs armoires 27 abritant chacune des composants 28 électroniques, le système 32 de refroidissement comporte de préférence un circuit 34 de refroidissement pour chaque armoire 27. 30 Comme illustré sur la FIG.2, le (ou chaque) circuit 34 de refroidissement comprend un conduit 35 pour la circulation d'un fluide caloporteur, destiné à échanger de la chaleur avec les composants 28 afin de les refroidir ou, à tout le moins, d'en réguler la température pour la maintenir dans une plage de fonctionnement optimal. 35 Le fluide caloporteur est de préférence un liquide. Il peut notamment s'agir d'eau additionnée d'un agent anticorrosif et, le cas échéant, 7 d'agents augmentant la température d'ébullition (typiquement d'éthylène glycol ou de propylène glycol). Le conduit 35 s'étend entre l'armoire 27 (ou chaque armoire 27) et le radiateur 33. Dans l'exemple illustré notamment sur la FIG.3, le conduit 5 35 s'étend en boucle fermée. Bien qu'il soit schématisé de manière simple, le conduit 35 peut adopter des formes assez - voire très - complexes, selon le parcours à faire suivre au fluide pour assurer une dissipation optimale des calories générées par les composants 28 électroniques à refroidir. 10 La demande de brevet européen EP 2 773 173 (Bull) décrit un distributeur hydraulique permettant d'assurer le refroidissement d'une lame. Un tel dispositif peut être ici intégré au circuit 34 (ou à chaque circuit 34) de refroidissement. Par ailleurs, et comme illustré sur la FIG.3, le circuit 34 (ou chaque 15 circuit 34) de refroidissement comprend une pompe 36 montée sur le conduit 35, pour assurer une circulation forcée du fluide caloporteur dans celui-ci. Cette pompe 36 est par ex. une pompe péristaltique, une pompe à engrenages, une pompe à palettes, une pompe à cylindrée variable, une 20 pompe à pistons radiaux, ou tout autre type de pompe hydraulique susceptible de fonctionner en circuit fermé. La console 31 comprend avantageusement un module de commande de la (ou de chaque) pompe 36. Plus précisément, les pompes 36 peuvent être considérées comme des noeuds d'un réseau de gestion du 25 supercalculateur 26, dont la commande est assurée par la console 31. Ainsi, lorsque les composants 28 électroniques d'une armoire 26 sont sollicités (c'est-à-dire qu'une tâche de calcul leur est dévolue), la console 31 commande la mise en route de la pompe 36 pour assurer le refroidissement des composants 28. En revanche, dès lors que les 30 composants 28 cessent d'être sollicités (et à condition qu'ils soient revenus à température ambiante), la console 31 commande l'arrêt (ou le maintien à l'arrêt) de la pompe 36. Des capteurs de température sont avantageusement disséminés dans l'armoire 27 (ou dans chaque armoire 27) pour déclencher la mise 35 en route (ou au contraire l'arrêt) de chaque pompe 36. 8 Le radiateur 33 est positionné pour être en contact avec l'eau 37 environnant la structure 1 flottante. Il peut s'agir d'eau de mer si la structure 1 est destinée à être installée (ou à naviguer) en mer. Selon un mode de réalisation illustré sur la FIG.3 et sur la FIG.4, le 5 radiateur 33 comporte une paroi 38 externe pourvue d'ailettes 39, afin de maximiser sa surface d'échange avec le milieu environnant (en l'espèce l'eau 37 de mer). Par ailleurs, dans l'exemple illustré, le radiateur 33 définit au moins un compartiment 40 rempli d'un liquide (ici l'eau 37 de mer), et dans 10 lequel s'étend une partie du conduit 35. Le radiateur 33 remplit une fonction d'échangeur de chaleur avec cette partie du conduit 35, le fluide caloporteur cédant des calories au liquide 37 environnant. On comprend que l'eau 37 de mer contenue dans le compartiment 40 remplit le rôle de liquide de refroidissement, auquel le fluide caloporteur cède une partie 15 de ses calories. Selon un mode préféré de réalisation, où le système 32 de refroidissement comprend plusieurs circuits 34, le radiateur 33 peut être commun à tous les circuits 34. Plus précisément, le radiateur 33 peut comprendre, comme illustré, 20 plusieurs compartiments 40 séparés, dans chacun desquels s'étend une partie d'un conduit 35. En outre, pour maintenir à température constante (et assez basse) le liquide de refroidissement (ici l'eau 37 de mer), il peut être avantageux d'ouvrir le (ou chaque) compartiment 40 à une extrémité avant située du 25 côté de la proue 3, et à une extrémité arrière située du côté de la poupe 4, de sorte à permettre la circulation du liquide 37 (l'eau de mer) dans le compartiment 40. La circulation du liquide 37 de refroidissement peut être forcée dans le (ou dans chaque) compartiment 40, par ex. au moyen d'une turbine 30 (non représentée). Cependant, cette circulation peut être induite par le déplacement de la structure 1 (lorsqu'il s'agit d'un navire), la vitesse de circulation du liquide 37 depuis l'ouverture située à l'extrémité avant du radiateur 33 jusqu'à l'ouverture située à l'extrémité arrière du radiateur 33 étant sensiblement égale à la vitesse de déplacement de la structure 35 1. Par conséquent, les calories absorbées par l'eau 37 de mer sont évacuées de la structure 1 par le déplacement de celle-ci, et par la 9 circulation de l'eau 37 de mer que ce déplacement induit dans le radiateur 33 Par ailleurs, comme on peut le noter sur la FIG.3, le (ou chaque) conduit 35 passe au travers du fond 5 (c'est-à-dire au travers du plafond 5 8 de ballast et au travers de la paroi 6 de fond). Des ouvertures sont par conséquent aménagées à cet effet au travers du fond 5. Le conduit 35 peut donc traverser une citerne 9 de ballast. Si celle-ci est remplie, l'eau qu'elle contient peut par conséquent assurer un échange de chaleur supplémentaire avec le fluide caloporteur du circuit 10 34, et ainsi contribuer à son refroidissement. Quoi qu'il en soit, la structure 1 flottante met l'eau 37 environnante à profit pour optimiser l'échange de chaleur entre cette eau 37 (ici l'eau de mer) et le fluide caloporteur du système 32 de refroidissement. Le (ou chaque) système 32 de refroidissement demeure par 15 conséquent indépendant du réseau de distribution fluidique existant de la structure 1. Ce réseau de distribution peut donc être entièrement dédié aux autres besoins de la structure 1 (notamment les besoins en eau potable - ou non potable - du personnel navigant), et l'eau de ce réseau se 20 trouve ainsi préservée d'un surcroît de consommation que représenterait un éventuel prélèvement pour les besoins du refroidissement du supercalculateur 26. En outre, l'eau de mer est avantageuse car sa température peut être assez basse (sans risque de gel), au bénéfice de l'efficacité de l'échange 25 de chaleur (et donc du refroidissement des composants 28 électroniques). Incidemment, il est possible d'augmenter la densité du supercalculateur 26 en lames 29 de calcul, au bénéfice de ses performances. 30 On observera sur les FIG.2 et FIG.3 que des aérations 41 sont présentes sur les armoires 27 du supercalculateur 26. En effet, il peut être nécessaire, ponctuellement, d'assurer une ventilation des lames 29, non seulement pour assurer un complément (ou, en cas de panne du système 32, un relais) de refroidissement, mais également pour limiter le 35 dépôt de poussière, susceptibles d'induire REVENDICATIONS1. Structure (1) flottante comprenant une coque (2) délimitant une cale (17) de cargaison et définissant un fond (5), caractérisée en ce qu'elle comprend : Un supercalculateur (26) installé dans la cale (17) de cargaison, qui comprend au moins une armoire (27) et des composants (28) électroniques montés dans cette armoire (27) ; Un système (32) de refroidissement des composants (28) électroniques, qui comprend : - un radiateur (33) monté sur le fond (5), à l'extérieur de la coque (2) ; - un circuit (34) de refroidissement, incluant au moins un conduit (35) pour la circulation d'un fluide caloporteur, qui s'étend entre l'armoire (27) et le radiateur (33), et une pompe (36) montée sur le conduit (35) pour la circulation forcée du fluide caloporteur dans celui-ci. 2. Structure (1) flottante selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle comprend un château (24) abritant une salle (25) de commande, et un système (31) de contrôle du supercalculateur (26), installé dans la salle (25) de commande. 3. Structure (1) flottante selon la revendication 2, caractérisée en ce que le système (31) de contrôle inclut un module de commande de la (ou de chaque) pompe (36). 4. Structure (1) flottante selon l'une des revendications précédente, caractérisée en ce que le radiateur (33) comporte une paroi (38) externe pourvue d'ailettes (39). 5. Structure (1) flottante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le radiateur (33) définit au moins un compartiment (40) rempli d'un liquide (37), dans lequel s'étend une partie du conduit (35). 6. Structure (1) flottante selon la revendication 5, caractérisée en ce que, le liquide (37) étant de l'eau de mer, le compartiment (40) est ouvert à une extrémité côté proue et à une autre extrémité côté poupe, de sorte à permettre la circulation de l'eau (37) de mer dans le compartiment (40). 11 7. Structure (1) flottante selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que, le supercalculateur (26) comprenant plusieurs armoires (27) abritant chacune des composants (28) électroniques, le système (32) de refroidissement comporte un 5 circuit (34) de refroidissement pour chaque armoire (27). 8. Structure (1) flottante selon la revendication 7, caractérisée en ce que le radiateur (33) est commun aux circuits (34) de refroidissement. 9. Structure (1) flottante selon la revendication 8 et la revendication 5, prises en combinaison, caractérisée en ce que le 10 radiateur (33) comprend un compartiment (40) pour chaque circuit (34) de refroidissement.