Polski superkomputer z chłodzeniem jak reaktor jądrowy

W ramach projektu w Narodowym Centrum Badań Jądrowych (NCBJ) zbudowano m.in. jeden z największych klastrów obliczeniowych w Polsce, którego zadaniem będzie informatyczne wsparcie Programu Polskiej Energetyki Jądrowej. Powstałą instalację z atomistyką łączy jeszcze jedno – część superkomputera chłodzona jest gorącą wodą. Analogiczne technologie wykorzystuje większość współczesnych reaktorów jądrowych.
W uroczystości inauguracji działalności Centrum Informatycznego Świerk uczestniczyli m.in. minister Nauki i Szkolnictwa Wyższego prof. Lena Kolarska-Bobińska, która dokonała symbolicznego rozpoczęcia zadania obliczeniowego, ambasador Republiki Francuskiej w Warszawie Pierre Buhler oraz wicedyrektor generalny francuskiego Komisariatu ds. Energii Atomowej (CEA) Hervé Bernard.
– W Polsce powstał ośrodek, który posiada jedną z największych mocy obliczeniowych w Europie. Naukowcy będą mogli prowadzić tu innowacyjne projekty naukowe, a także zaawansowane badania informatyczne związane
z rozwojem energetyki jądrowej w Polsce – powiedziała prof. Lena Kolarska-Bobińska, minister nauki i szkolnictwa wyższego. – Działalność Narodowego Centrum Badań Jądrowych jest dobrym przykładem dla innych polskich jednostek naukowych ubiegających się o krajowe i zagraniczne fundusze na prace badawczo-rozwojowe. Inwestycje takie jak ta sprawiają, że Polska ma szansę odegrać kluczową rolę w tworzeniu Europejskiej Przestrzeni Badawczej oraz skutecznie przyciągać najlepszych naukowców i specjalistów z zagranicy – podkreśliła minister.
Projekt Centrum Informatyczne Świerk (CIŚ) rozpoczął się w 2009 r., a jego łączna wartość to niemal 98 mln zł. Równolegle z budową samego klastra w NCBJ zaczęto tworzyć interdyscyplinarny zespół ekspertów nadzorujących pracę superkomputera oraz prowadzących własne badania naukowe. Głównym celem projektu jest zapewnienie odpowiedniego wsparcia informatycznego niezbędnego dla rozwoju polskiej energetyki – zarówno jądrowej, jak i konwencjonalnej. Przykładami zastosowań superkomputera w tych obszarach są obliczenia dla projektowania, instalacji i optymalizacji urządzeń energetycznych oraz dystrybucji energii, analizy bezpieczeństwa reaktorów jądrowych, a także monitoring i symulacje zagrożeń radiacyjnych oraz wsparcie zarządzania kryzysowego. CIŚ zajmuje się również obsługą strategicznie ważnych danych pochodzących z jednostek administracji państwowej oraz placówek naukowo-badawczych, w tym Europejskiego Ośrodka Badań Jądrowych CERN. Centrum prowadzi także szereg własnych badań naukowych i rozwojowych dotyczących m.in. bezpieczeństwa i eksploatacji reaktorów jądrowych, analiz zagrożeń chemicznych, modelowania układów złożonych oraz fizyki oddziaływań fundamentalnych i astrofizyki. Specjaliści ze Świerku prowadzą również prace na potrzeby projektowania oraz budowy nowoczesnej aparatury medycznej.
– Tworzenie i rozwijanie kompetencji pozwalających wspierać sektor polskiej energetyki to zadanie strategiczne z punktu widzenia całej polskiej gospodarki – zaznacza prof. Grzegorz Wrochna, dyrektor NCBJ. – Wypracowany w CIŚ kapitał wiedzy, w połączeniu z imponującą wydajnością zgromadzonej tu infrastruktury obliczeniowej, stwarza nam zupełnie nowe możliwości działania. Jestem przekonany, że z ich udziałem będziemy w stanie zapewnić Programowi Polskiej Energetyki Jądrowej zaplecze i merytoryczne wsparcie na najwyższym poziomie, a w konsekwencji przyczynić się do sprawnej finalizacji tego kluczowego przedsięwzięcia – uzupełnia prof. Wrochna.
Docelowa konfiguracja superkomputera to ok. 20 tys. rdzeni obliczeniowych, 130 TB pamięci RAM i 3200 TB przestrzeni dyskowej. Pozwoli ona uzyskać wydajność rzędu 500 TFLOPS, a więc 500 bilionów operacji zmiennoprzecinkowych na sekundę. Do chwili obecnej dostarczone zostało ok. 70 proc. wspomnianego sprzętu, zakończono też wszystkie prace związane z uruchomieniem oraz wdrożeniem najważniejszych systemów umożliwiających funkcjonowanie instalacji. Szczególną rolę odgrywa tutaj unikalny w skali Polski i Europy, innowacyjny system chłodzenia gorącą wodą.
– Dla naszego klastra wybraliśmy najnowocześniejsze i najbardziej wydajne na rynku rozwiązanie, pozwalające maksymalnie wykorzystać posiadane zasoby obliczeniowe, przy jednoczesnym dążeniu do znacznego obniżenia kosztów eksploatacyjnych superkomputera – wyjaśnia kierujący projektem CIŚ
prof. Wojciech Wiślicki. – Wbrew oczywistemu pierwszemu wrażeniu gorąca woda jest bardzo skutecznym czynnikiem chłodzącym, a jej duża pojemność cieplna od lat z powodzeniem wykorzystywana jest m.in. w najbardziej dzisiaj rozpowszechnionych na świecie reaktorach jądrowych typu PWR – wyjaśnia. – Przeniesienie tego rozwiązania do branży High-Performance Computing zaowocowało powstaniem systemu, który przy 600 kW odprowadzanej mocy cieplnej, na własne potrzeby zużywa jedynie ok. 12-20 kW, a więc charakteryzującego się niezwykle wysoką efektywnością energetyczną – tłumaczy profesor Wiślicki.
Pozwala to – w porównaniu do najbardziej rozpowszechnionego w instalacjach obliczeniowych na całym świecie chłodzenia opartego na wymuszonym obiegu powietrza chłodzonego wodą lodową – zaoszczędzić nawet ponad 80 proc. zużywanej energii. W przypadku CIŚ oznacza to sumę ok. 0,5 mln zł rocznie. Z punktu widzenia zarówno użytkowników, jak i administratorów instalacji obliczeniowej, nie bez znaczenia jest również znacznie prostsza, a więc mniej awaryjna konstrukcja takiego systemu oraz jego wyraźnie mniejsze rozmiary.
Dzięki znacznemu zmniejszeniu zużycia energii rozwiązania oparte na gorącej wodzie są obecnie najbardziej ekologicznymi systemami chłodzenia dostępnymi na rynku, co powoduje, że technologia ta jest zalecana przez Komisję Europejską jako rozwiązanie docelowe dla przyszłych dużych centrów komputerowych.
Jak zaznacza Henryk Mucha, dyrektor ds. rozwoju biznesu Bull Polska Sp. z o.o., a więc dostawcy wspomnianego systemu chłodzenia, wytyczne stawiane przez Narodowe Centrum Badań Jądrowych w zakresie wydajności energetycznej klastra od początku były bardzo restrykcyjne. – Wysokie wymagania klienta, w połączeniu z naszą technologią i doświadczeniem, pozwoliły osiągnąć rezultat będący ewenementem na skalę światową – wskaźnik efektywności energetycznej PUE zainstalowanego klastra na poziomie 1.02, podczas gdy instalacje podobnego typu osiągają z reguły PUE na poziomie 1.05-1.10 – podkreśla. – Realizowane w Świerku projekty powinny mieć możliwość stosowania narzędzi o najwyższej jakości i dlatego ogromnie cieszy nas, że mogliśmy wspomóc naukowców z NCBJ w realizacji ich ambitnych planów. Jesteśmy przekonani, że dostarczona przez nas instalacja dobrze przysłuży się polskiej nauce – dodaje.