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Le refroidissement des supercalculateurs les plus puissants au monde

Le refroidissement liquide direct constitue une solution très efficace sur le plan énergétique pour refroidir les supercalculateurs capables d’effectuer des millions ou milliards de milliards de calculs par seconde. Voici deux exemples aux États-Unis et en France.
Les supercalculateurs, capables de traiter plus de 1015 (1 million de milliards) opérations par seconde, font l’objet d’une compétition vers toujours plus de puissance, notamment entre la Chine, les États-Unis, l’Europe et le Japon. En effet, sans ces outils de calcul, des pans entiers de la science contemporaine sont hors de portée des chercheurs : simulation du climat futur (ou la météo du lendemain), conception d’un engin spatial ou d’un avion sans passer par des dizaines de tests coûteux, étude de la thermodynamique d’un réacteur nucléaire ou exploration de l’immensité des données recueillies sur la biologie moléculaire et la génétique, utilisation des flux de données envoyés par les satellites d’observation de la Terre, etc.(1)

Mais se pose le problème du refroidissement de ces supercalculateurs toujours plus puissants. Voici deux exemples de ces nouveaux super-ordinateurs, aux États-Unis et en France et les solutions adoptées pour leur refroidissement.

En France, Atos a annoncé en novembre 2019 un contrat de 42 millions d'euros sur quatre ans avec le service météorologique national français, Météo-France, pour la fourniture de deux supercalculateurs basés sur sa dernière technologie BullSequana XH2000. Les nouveaux systèmes multiplieront par plus de 5 la puissance de calcul de Météo-France par rapport à sa solution actuelle, ce qui lui permettra de réaliser plusieurs percées scientifiques dans les prévisions météorologiques. Il sera en mesure d'améliorer les prévisions et d'annoncer à l'avance des phénomènes météorologiques inattendus à petite échelle et à fort impact (tels que des précipitations intenses, des rafales et le risque de grêle) et d'affiner ses études sur l'impact du changement climatique. Chaque nouveau supercalculateur est capable de traiter plus de 10 millions de milliards d'opérations par seconde et fait partie des supercalculateurs météorologiques les plus puissants au monde. (2)

Le BullSequana XH2000 offre une efficacité énergétique optimale grâce à sa solution brevetée de Refroidissement Liquide Direct à refroidissement par eau très efficace, qui minimise la consommation d'énergie en utilisant de l'eau chaude jusqu'à 40 °C. (2) (3)

Le premier supercalculateur sera installé au Centre National de Calcul de Météo-France à Toulouse à partir de novembre et mis à disposition pour les phases d'aptitude et de vérification régulière des services à partir de janvier 2020. Le second sera installé à l'Espace Clément Ader (Toulouse Montaudran) à partir de mai 2020 et entrera en phase de test à partir de juillet 2020. Ces deux ordinateurs seront utilisés au second semestre 2020 pour les prévisions météorologiques opérationnelles et la recherche en sciences de l'atmosphère, des océans et du climat. (2)

Aux États-Unis, le Département de l'Énergie a annoncé que Cray (Hewlett Packard Enterprise) construira « El Capitan », le premier supercalculateur « exascale » de la National Nuclear Security Administration (NNSA). Hébergé au Lawrence Livermore National Laboratory en Californie, El Capitan aura une performance de plus de 1,5 exaflops (1,5 × 1018 ou 1,5 milliard de milliards de calculs par seconde) et sa livraison est prévue fin 2023. Le montant total du contrat est évalué à 600 millions USD. Doté de capacités avancées de modélisation, de simulation et d'intelligence artificielle, El Capitan est censé exécuter des applications nationales de sécurité nucléaire. (4)

Ce supercalculateur consommera entre 25 et 40 mégawatts de puissance pour faire fonctionner le matériel. C'est deux à quatre fois ce que les plus gros systèmes utilisent aujourd'hui. En raison des énormes charges thermiques qui devront être traitées, il utilisera un refroidissement liquide direct des composants des cartes pour retirer l'excès de chaleur.

L'infrastructure de refroidissement enroulée autour de ces supercalculateurs « exascale » sera fournie par Motivair Cooling Solutions, qui développe depuis 2015 des unités de distribution de liquide de refroidissement (CDU) de classe Exascale fournissant de l'eau froide dans une boucle isolée aux nœuds informatiques. L'échangeur de chaleur de la CDU transfère la chaleur retirée du système vers une boucle secondaire connectée à l'alimentation en eau du bâtiment, qui peut être un refroidisseur, une tour de refroidissement ou même une source d'eau naturelle. (5)