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Eurora, l'HPC italiano Green con Tesla raffreddato ad acqua

Al Cineca trova posto Eurora, il cui nome commerciale è Aurora Tigon, un supercomputer che ridefinisce il concetto di efficienza energetica, con risultati senza precedenti ottenuti grazie all'uso di GPU Nvidia GK110 e raffreddamento ad acqua.

Eurora, l'HPC italiano Green con Tesla raffreddato ad acqua

Eurora, o Aurora Tigon (che è il suo nome commerciale), è un supercomputer realizzato dall'italiana Eurotech e installato presso il Cineca di Bologna. Questa soluzione si candida a diventare un punto di riferimento del mondo HPC (High Performance Computing) grazie a un'efficienza energetica senza precedenti, che lo porterà ai vertici della classifica Green500 con un PUE (Power usage effectiveness) di 1,05.

Ideato nell'agosto del 2011, sviluppato all'interno dell'omonimo progetto Eurora e finanziato dal progetto europe Prace 2IP (Partnership for Advanced Computing in Europe), questo ritrovato tecnologico si basa su due pilastri: un sistema di raffreddamento ad acqua e le GPU Tesla K20 di Nvidia. L'HPC sarà usato per ricerche di vario genere, dall'astrofisica alla meteorologia, per citarne alcune.

Con Eurora scende sensibilmente la bolletta energetica

Ogni nodo di questo supercomputer è dotato di due Intel Xeon E5-2687W. Si tratta di CPU con otto core, 16 thread e una frequenza di base di 3.1 GHz (3.8 GHz in Turbo Boost). Il TDP è di 150 watt. I tecnici di Eurotech e del Cineca, per ottenere il miglior rapporto tra prestazioni e consumi, hanno tuttavia ridotto la frequenza operativa dei due processori a circa 1.7 GHz. Sullo stesso PCB trovano spazio i chip Infiniband QDR e 3D Torus, che si occupano di connettere tutti i componenti sullo stesso nodo e non solo, e poi DDR3 1866 MT/s saldata (fino a 64 GB per nodo) e un SSD dedicato (160 GB).

Sopra alle CPU abbiamo le due GPU Nvidia Kepler da 7,1 miliardi di transistor e TDP di 225 watt, basate su chip GK110 con 2496 CUDA Core, una frequenza di 706MHz e 5 GB di memoria GDDR5 dedicata. Ogni core grafico è in grado di offrire prestazioni di 3,52 TFLOPS con calcoli in virgola mobile a singola precisione, mentre con calcoli a doppia precisione il dato scende a 1,17 TFLOPS.

In lizza per un posto nell'Eurora c'erano anche gli Intel Xeon Phi, ma per diversi motivi - tra cui il formato inadeguato e i consumi - l'ha spuntata Nvidia. Il supercomputer, nel complesso del progetto, prevede 16 chassis per rack per un totale di 256 CPU e 256 acceleratori, ma noi ne abbiamo vista solo una "metà", per un totale di 128 CPU e 128 GPU.

Il lavoro ingegneristico, oltre a quello di programmazione, ha permesso di ottenere il traguardo di 3150 MFlop/s per watt e 1700 GFlop/s sostenuti per nodo, numeri che rendono l'Eurora il 30% più efficiente del primo classificato della Green 500 - che si ferma a un valore di circa 2400 MFlops/W (classifica). Per fare un paragone, questo significa che ogni nodo è in grado di effettuare 30 volte i calcoli in virgola mobile al secondo di un comune PC desktop, pur essendo 15 volte più efficiente.

Per fare questo si è dovuto spremere al massimo ogni singola componente dell'HPC. Nessun componente è rimasto inutilizzato, non ci sono ventole (che impattano sui consumi per un 10%), i componenti sono stati saldati e l'architettura è "densa". Il tutto è poi raffreddato ad acqua, che può mantenere temperature tra 18°C e 52°C. Perché l'acqua? Perché la capacità di smaltire il calore è incredibilmente superiore all'aria. Tutto è gestito tramite un sistema di pompe e un serbatoio esterno, in un circuito chiuso che richiede poca energia per funzionare.

Inoltre poiché l'energia costa, si è intervenuti anche sulla parte di alimentazione, come mostrano le due immagini che vedete, una sopra e una sotto. Sono stati rimossi alcuni stadi di conversione per ottenere un'efficienza fino al 98%. Tutto è monitorato da tre reti di sensori indipendenti che assicurato un corretto uso delle risorse e il controllo sul funzionamento di ogni componente dell'HPC.

Se la parte tecnica lascia a bocca aperta, non è da meno l'impatto ambientale. Il rapporto prestazioni/consumi è stato così tanto migliorato che l'emissione di CO2 è stata drasticamente ridotta (11000 tonnellate). È come se 1500 auto non avessero circolato per un anno, si fossero risparmiati 11.500 alberi o non fossero stati toccati 15 chilometri quadrati di foresta pluviale.

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