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Sep 04, 2023

Limitare le emissioni di carbonio ai supercomputer asiatici

Thoughtful processor design, optimized programming and strong government support

Una progettazione accurata dei processori, una programmazione ottimizzata e un forte sostegno da parte del governo stanno contribuendo a rendere più sostenibili gli ecosistemi informatici ad alte prestazioni.

AsianScientist (11 aprile 2023) — Quando Pixar e Disney hanno condiviso per la prima volta uno scorcio del loro film d'animazione del 2013 Monsters University, i fan hanno subito notato un dettaglio sorprendente: la pelliccia che ricopriva Sulley, uno dei due protagonisti del film, era estremamente realistica.

Milioni e milioni di minuscoli fili di pelliccia ondeggiavano in modo convincente ogni volta che il gigante gentile muoveva le sue membra, e si arruffavano persino sotto una maglietta attillata, proprio come ci si aspetterebbe. Il segreto degli animatori? Un supercomputer che all'epoca si sarebbe classificato tra i più veloci al mondo, ridisegnando automaticamente ogni singolo filo di pelliccia e lasciando che catturasse e riflettesse la luce a ogni fotogramma di movimento.

I normali computer desktop non hanno la capacità di elaborazione necessaria per eseguire questo tipo di animazione, infatti anche le versioni di fascia alta avrebbero avuto problemi con essa. Ma gli animatori hanno rivelato che Sulley e gli altri mostri del film, insieme a ogni texture, ombreggiatura e fotogramma, devono la loro esistenza nitida e vivida al calcolo ad alte prestazioni (HPC).

In grado di gestire facilmente miliardi di calcoli, questo è lo stesso tipo di tecnologia che viene sfruttata per prevedere gli tsunami, potenziare l’innovazione sanitaria e studiare l’origine dei buchi neri super massicci. Combinando potenti processori, software sofisticati e altre tecnologie informatiche all'avanguardia, l'HPC impiega migliaia di nodi di elaborazione che lavorano simultaneamente per completare attività di elaborazione estremamente complesse molto più rapidamente di quanto possa fare un normale computer.

C'è solo un problema. Da una grande potenza di calcolo deriva una grande responsabilità energetica. Anche se i sistemi HPC stanno contribuendo a risolvere alcuni dei problemi più urgenti della società nel decennio trascorso dalla Monsters University, pongono un altro problema: la loro massiccia impronta di carbonio.

Per bilanciare potenza di calcolo e sostenibilità, i supercomputer in tutta l’Asia vengono sempre più progettati con processori e programmazione più efficienti dal punto di vista energetico. Nel frattempo, i governi si stanno rendendo conto della necessità di fonti e politiche energetiche più sostenibili mentre modellano i loro crescenti ecosistemi HPC.

Uno dei principali fattori che determinano le emissioni di carbonio dell’HPC è la loro elevata richiesta di energia. Dopotutto, è necessario che ci sia un flusso di energia affidabile e robusto per supportare una potenza di calcolo così intensa. Il sistema HPC dietro la Monsters University, ad esempio, comprendeva 2.000 computer per un totale di 24.000 core. Nonostante questa potenza di calcolo, il rendering completo del film ha comunque richiesto oltre 100 milioni di ore di CPU. Nel frattempo, la bolletta elettrica della Pixar continuava ad aumentare.

Inoltre, il sistema Frontier, il supercomputer più potente del mondo a novembre 2022, necessita di più di 20 MW di potenza per i suoi oltre 8,7 milioni di core, sufficienti a rifornire circa 52.600 famiglie a Singapore per un mese.

Nel complesso, solo l’alimentazione dei 500 supercomputer più importanti del mondo pompa circa due milioni di tonnellate di anidride carbonica all’anno, equivalenti a circa 285.000 famiglie.

Inoltre, qualsiasi contabilità onesta del costo ambientale dei sistemi HPC dovrebbe fare il punto sull’intero ecosistema di tecnologie che li supportano. Dopotutto, i computer stessi costituiscono solo una parte, seppure centrale, dell’equazione.

La maggior parte dell’energia che fluisce nei supercomputer viene dissipata sotto forma di calore. Per gestire le temperature e garantire che le macchine continuino a funzionare correttamente, le strutture informatiche utilizzano elaborati meccanismi di raffreddamento, che spesso consumano molta energia.

Un’altra fonte periferica di emissioni di carbonio nei sistemi HPC sono i dati. L’Agenzia internazionale per l’energia ha stimato che nel 2021 i data center di tutto il mondo hanno utilizzato tra 220 e 321 TWh di energia, abbastanza da eclissare il consumo di alcuni paesi. Considerata la crescente dipendenza del mondo dai sistemi HPC, il professor Tan Tin Wee, amministratore delegato del National Supercomputing Center (NSCC) di Singapore, ha previsto che in futuro fino al 10% del consumo energetico mondiale proverrà dalle operazioni dei data center. "Il consumo di energia sarà un problema enorme", ha detto Tan a Supercomputing Asia.