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L'efficacité énergétique est une priorité au sein de CSCS
Le CSCS développe et exploite une infrastructure de calcul haute performance (HPC) et de recherche de données qui soutient la science de classe mondiale en Suisse, notamment la recherche au CERN et à l'Institut Paul Scherrer (PSI). Les ordinateurs à haute performance et les simulations qui y sont effectuées sont indispensables à la recherche lorsque la théorie atteint ses limites ou que les expériences sont impossibles. Ni l'univers ni le climat, par exemple, ne peuvent être reproduits et observés en laboratoire. Les simulations soutiennent également les chercheuses et chercheurs expérimentaux dans la recherche de nouveaux composés matériels stables utilisés, par exemple, dans des cellules solaires efficaces, des composants électroniques ou des médicaments ; les simulations permettent même aujourd'hui de prédire des processus biologiques qui n'ont été observés qu'après coup dans les expériences.
Haute efficacité énergétique dans la conception des ordinateurs
En 2012, le CSCS s'est procuré l'ordinateur haute performance «Piz Daint», l'un des ordinateurs les plus économes en énergie au monde dans la classe de performance pétaflopique (un ordinateur capable d'effectuer un quadrillion d'opérations de calcul par seconde) à l'époque. Une initiative collaborative dans laquelle le CSCS a travaillé en étroite collaboration avec des fabricants et fabricantes de matériel, des développeuses et développeurs de logiciels, des mathématiciens et mathématiciennes et des scientifiques a rendu cette réalisation possible. Depuis, le CSCS a lancé la Platform for Advanced Scientific Computing (PASC) dans le cadre de la stratégie High Performance Computing and Networking (HPCN) adoptée par le Conseil des EPF. Il s'agit, d'une part, de collaborer avec les fabricants et fabricantes de matériel informatique pour sélectionner du matériel économe en énergie, comme les processeurs graphiques (GPU), et ainsi construire des architectures informatiques modernes et économes en énergie. D'autre part, la PASC soutient l'optimisation des codes et des algorithmes dans les logiciels utilisés par les chercheurs au sein de ces architectures informatiques modernes, de sorte que la recherche est menée plus efficacement et que les objectifs sont atteints plus rapidement que sur les superordinateurs traditionnels - ce qui permet d'économiser non seulement du temps, mais aussi de l'énergie.
Les technologies informatiques les plus récentes continuent de s'améliorer à cet égard. Prenez l'exemple de Piz Daint, qui a été mis à niveau plusieurs fois avec des générations de processeurs plus efficaces : Depuis l'introduction de la liste Green500 des ordinateurs les plus économes en énergie au monde en 2013, le supercalculateur a figuré dans le top 10 à cinq reprises au total. En novembre 2016, il a même été classé à la deuxième place des ordinateurs les plus économes en énergie au monde. Avec «Alps», dont la mise en service est prévue en 2023, le CSCS va à nouveau multiplier l'efficacité énergétique par rapport à la puissance de calcul, grâce aux nouvelles technologies. Aujourd'hui déjà, il existe des systèmes similaires à Alps qui sont capables d'effectuer jusqu'à cinq fois plus d'opérations de calcul par watt que les technologies précédentes. Alps devrait donc permettre au CSCS d'occuper une nouvelle fois la première place mondiale en matière d'efficacité énergétique dans le domaine du supercalculateur.
Électricité neutre en carbone
Le CSCS utilise de l'électricité provenant à 100% de l'énergie hydraulique et neutre en carbone. En outre, la consommation d'énergie de l'ensemble du centre en 2021 était d'environ 37 gigawattheures, avec une production moyenne d'environ 4 mégawatts. À titre de comparaison, les installations de recherche du CERN et du PSI ont des besoins en électricité de 1300 gigawattheures et 126 gigawattheures respectivement, selon de récents rapports des médias.
Outre Piz Daint, le CSCS exploite également l'ordinateur de MétéoSuisse et d'autres systèmes pour le compte de partenaires et abrite l'ordinateur de l'ETH Zurich Euler et l'ordinateur Blue Brain. Ces systèmes de partenaires représentent environ 35% de la demande énergétique totale du centre. En outre, le CSCS fournit également des capacités de calcul sur Piz Daint - et bientôt sur Alps - au réseau de recherche sur les matériaux MARVEL, à l'Université de Zurich et au PSI.
Une haute efficacité commence par l'infrastructure
Une planification minutieuse a fait du CSCS l'un des centres de données les plus économes en énergie au monde lors de son ouverture en août 2012, et il le reste aujourd'hui avec un indice PUE (Power Usage Effectivness) inférieur à 1,2. La valeur PUE indique l'efficacité de la consommation de l'énergie fournie dans un centre de données. Plus la valeur se rapproche de 1,0, plus le centre de données est efficace sur le plan énergétique.
Même dix ans après l'achèvement du nouveau bâtiment de Lugano, les nouveaux bâtiments de centres de données visent «seulement» un PUE inférieur à 1,2. C'est également le cas du projet de l'ETH Zurich, qui prévoit de construire un centre de données sur le campus de Hönggerberg (nous y reviendrons bientôt).
Le centre de données du CSCS doit notamment son efficacité énergétique à son système de refroidissement sophistiqué et innovant qui utilise l'eau du lac de Lugano. L'infrastructure de refroidissement est conçue pour refroidir des ordinateurs haute performance d'une puissance allant jusqu'à 14 mégawatts - des infrastructures de recherche telles que Piz Daint ou son successeur Alps - dans un circuit dit de premier refroidissement. Ce circuit de refroidissement est également utilisé pour refroidir en été le bâtiment administratif du CSCS certifié Minergie.
Après le premier cycle de refroidissement, l'eau relativement chaude du deuxième circuit est encore capable de refroidir des ordinateurs d'une puissance totale pouvant atteindre 7 mégawatts. Le deuxième circuit refroidit, entre autres, l'air des boîtiers - appelés îlots de refroidissement - dans lesquels sont logés ces petits systèmes et les dispositifs de stockage de données.
Le bâtiment du CSCS est également chauffé avec la chaleur résiduelle du retour du deuxième circuit de refroidissement, ainsi qu'avec une pompe à chaleur. Le débit de chauffage est donc faible, à 30 degrés Celsius. Grâce à ce système soigneusement conçu, une seule et même infrastructure est utilisée dans l'immeuble de bureaux pour le chauffage en hiver et le refroidissement en été.
Synergie énergétique
Afin de réduire au maximum la demande en énergie et de réutiliser l'énergie lorsque cela est possible, le CSCS a pris des mesures encore plus innovantes ces dernières années : Avant que le circuit d'eau ne retourne dans le lac, il entraîne deux micro-turbines pour produire encore plus d'électricité. Avec 200 mégawattheures par an, l'électricité produite par la turbine couvre plus de 30% des besoins énergétiques de la station de pompage elle-même, qui pompe l'eau sur une distance de 2,8 kilomètres et 30 mètres de dénivelé jusqu'au centre de données.
En outre, la chaleur résiduelle des ordinateurs n'est pas seulement utilisée pour chauffer les bureaux du CSCS. En collaboration avec le fournisseur d'électricité tessinois AIL (Aziende Industriali Lugano), le CSCS a construit une infrastructure qui fournit de la chaleur à la ville de Lugano ainsi qu'au nouveau campus de l'Università della Svizzera italiana et la Haute école spécialisée SUPSI - le campus a besoin d'environ 742 mégawattheures d'énergie thermique par an pour chauffer les bâtiments. Par ailleurs, l'AIL construit actuellement une centrale thermique qui permettra de produire six mégawatts de chaleur supplémentaires avec la chaleur résiduelle du CSCS. La production de chaleur peut éventuellement être portée à 30 mégawatts lorsqu'elle est combinée à des pompes à chaleur.
Dans l'ensemble, l'exploitation des ordinateurs à haute performance du CSCS s'inscrit dans une stratégie énergétique durable et bien pensée.