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Computing Server Architecture with Joint Power and Cooling Integration at the Nanoscale

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Più calcoli, meno energia

Gli odierni centri di elaborazione dati hanno un problema di efficienza: molta della loro energia viene impiegata non per elaborare i dati ma per raffreddare i server. La soluzione al problema potrebbe essere una nuova architettura server in fase di sviluppo da parte del progetto COMPUSAPIEN, finanziato dall’UE.

Economia digitale

La rivoluzione digitale continua ad accelerare di pari passo con la nostra esigenza di maggiore potenza di calcolo. Purtroppo, l’attuale tecnologia dei semiconduttori è inefficiente dal punto di vista energetico e ciò significa che lo sono anche i server e le tecnologie basate su cloud che dipendono da questi materiali. In realtà, il 40 % dell’energia di un server viene utilizzata solo per il suo raffreddamento. «Questo problema è aggravato dal fatto che la complessa progettazione dei server attuali genera un’elevata temperatura di esercizio», afferma David Atienza Alonso, responsabile del Laboratorio dei sistemi integrati (ESL) presso il Politecnico Federale di Losanna (EPFL), in Svizzera. «Di conseguenza, i server non possono funzionare al loro potenziale massimo senza il rischio di surriscaldamenti e disfunzioni del sistema.» Per affrontare il problema, l’UE ha emanato varie politiche indirizzate al crescente consumo energetico dei centri di elaborazione dati, tra cui il Codice di condotta per i centri di elaborazione dati JRC UE. Secondo Atienza Alonso, raggiungere gli obiettivi di queste politiche richiede una revisione dell’architettura di calcolo dei server e dei parametri per misurarne l’efficienza, che è esattamente l’obiettivo del progetto COMPUSAPIEN (Computing Server Architecture with Joint Power and Cooling Integration at the Nanoscale). «Il progetto intende rivisitare interamente l’attuale architettura di calcolo dei server per migliorarne drasticamente l’efficienza energetica e quella dei centri di elaborazione dati per cui sono in funzione», spiega Atienza Alonso, che ricopre la funzione di ricercatore principale del progetto.

Il dilemma del raffreddamento

Alla base del progetto, che è sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca, vi è una sensazionale architettura tridimensionale, in grado di superare le peggiori problematiche di potenza e raffreddamento mai affrontate dai server. Ciò che rende così unica questa progettazione è l’impiego di un modello architettonico eterogeneo multi-core con una rete a cella a combustibile microfluidica su chip integrata, che permette al server di fornire raffreddamento e potenza al tempo stesso. Secondo Atienza Alonso, questa progettazione rappresenta la soluzione finale al dilemma del raffreddamento dei server. «Questo approccio di raffreddamento integrato tridimensionale, che impiega minuscoli canali microfluidici per raffreddare i server e convertire il calore in elettricità, si è dimostrato veramente efficace», dichiara. «Ciò garantisce che i processori dei server tridimensionali multi-core, realizzati con le più recenti tecnologie di produzione su scala nanometrica, non si surriscaldino né si fermino.»

Un cloud più ecologico

Atienza Alonso ritiene che il nuovo modello architettonico di calcolo tridimensionale eterogeneo, in grado di riciclare l’energia impiegata nel raffreddamento con i canali integrati della cella a combustibile microfluidica (FCA, Fluidic Cell Array), potrebbe recuperare tra il 30 e il 40 % dell’energia normalmente consumata dai centri di elaborazione dati. Grazie agli ulteriori vantaggi previsti con il futuro miglioramento della tecnologia FCA, il consumo energetico (e l’impatto ambientale) di un centro di elaborazione dati sarà drasticamente ridotto, con l’elaborazione di un maggior numero di calcoli impiegando la stessa quantità di energia. «Grazie all’integrazione di nuove architetture e acceleratori di calcolo ottimizzati, il carico di lavoro di ultima generazione nei cloud (ad esempio, l’apprendimento profondo) può essere svolto in modo molto più efficiente», aggiunge Atienza Alonso. «Di conseguenza, i server nei centri di elaborazione dati potranno supportare molte più applicazioni impiegando molta energia in meno, riducendo così drasticamente l’impronta di carbonio del settore IT e del cloud computing.»

Parole chiave

COMPUSAPIEN, server, calcolo, potenza di calcolo, semiconduttore, efficienza energetica, apprendimento profondo, cloud computing

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