Utilizzare l’intelligenza artificiale per evitare guasti nei data center e migliorarne le prestazioni. È uno degli obiettivi del gruppo di ricerca ICT di ENEA che ha testato tecniche innovative sul proprio supercalcolatore CRESCO6. “Siamo partiti dalla raccolta dei dati sui consumi energetici, termici e computazionali del data center HPC di ENEA per individuare, attraverso strumenti avanzati di intelligenza artificiale, eventuali sovraccarichi di lavoro, sprechi, malfunzionamenti o ‘falle’ nel sistema di raffreddamento. Un surriscaldamento frequente e, di conseguenza, un sistema di raffreddamento poco efficace, potrebbero causare, ad esempio, il degrado dell’hardware, una ridotta affidabilità dei server nonché un dispendioso consumo energetico” spiega Marta Chinnici, ricercatrice di matematica con dottorato in computer science presso il Laboratorio ENEA Infrastrutture per il calcolo scientifico e ad alte prestazioni. “Grazie a questa metodologia innovativa siamo in grado di estrarre informazioni utili dai dati reali di consumo dell’infrastruttura di calcolo e di elaborare strategie di gestione che non sarebbero ottenibili con le tecniche classiche di data analysis” sottolinea la ricercatrice.

Nello specifico, con la metodologia ENEA vengono raccolti e messi in relazione i dati sugli effettivi carichi di lavoro del data center e sul consumo energetico a diversi livelli (nodo, server, rack e stanza). Questa mole di informazioni viene poi elaborata attraverso tecniche di apprendimento supervisionato che permettono di definire modelli previsionali[1]  in grado di predire il comportamento dei server in base alla temperatura e al carico computazionale e di mappare eventuali fenomeni di surriscaldamento (hotspot o punti caldi). “In questo modo, riusciamo a mettere in campo interventi mirati ed efficaci per garantire il corretto funzionamento delle singole componenti dell’infrastruttura di calcolo, a partire, ad esempio, dall’ottimizzazione del flusso d’aria di raffreddamento. Oppure, siamo in grado di individuare esattamente gli hotspot termici in modo da consentire al cluster di lavorare a temperature simili su tutti i nodi di calcolo, evitando rischi legati al surriscaldamento e consentendo di modulare le unità di raffreddamento su potenze più basse. Ma non solo: in collaborazione con il collega Davide De Chiara abbiamo definito modelli che mappano il comportamento degli utenti in termini di utilizzo e consumo delle risorse e poter predire, sulla base di dati storici, i carichi di lavoro e, quindi, il consumo futuro di processore, memoria e rete”, spiega Marta Chinnici.

Il tema della sostenibilità ambientale è ormai di primaria importanza anche nel campo delle tecnologie informatiche, un settore nel quale i consumi energetici crescono  a un tasso annuo del 9%. Al 2020 la domanda di elettricità annua imputabile al settore IT ammontava a circa 200-250 TWh (l’1% della domanda globale di energia) contribuendo allo 0,3% delle emissioni annue di carbonio. Ma secondo le stime dell’Agenzia internazionale dell’energia questi numeri sono destinati ad aumentare e al 2025 i data center consumeranno circa 1/5 dell’approvvigionamento mondiale.

Tuttavia, i prossimi supercomputer, gli exascale da un miliardo di miliardi di operazioni al secondo, dovranno possedere requisiti prestazionali e di consumo energetico stringenti ed elevati. “La comunità dei data center potrebbe sfruttare questo nostro approccio per migliorare le condizioni termiche in cui operano le infrastrutture informatiche, con azioni mirate su quei server che più frequentemente vanno incontro a un surriscaldamento, visto che i consumi energetici di un data center dipendono fortemente dalla temperatura del luogo dove si trova l’infrastruttura informatica, così come dalle prestazioni dei sistemi IT e di raffreddamento”, conclude la ricercatrice ENEA.

Per maggiori informazioni:
Marta Chinnici, ENEA – Laboratorio ENEA Infrastrutture per il Calcolo Scientifico e ad alte prestazioni, marta.chinnici@enea.it

[1] Sviluppati sulle caratteristiche termiche basate sulle temperature effettive rilevate attraverso una sensoristica capillare posizionata sul singolo nodo di calcolo fino alla sala ospitante il data center.

The digitalisation of the energy sector is happening. A human-centred design approach is needed to ensure that it takes place with and for the benefit of the people. This document presents the concept of human-centred digitalisation of the energy system and puts forward policy recommendations for it to happen in an affordable, sustainable and fair manner. The main findings include the need for people to access tailored and ready-for-use tools that help realise societal co-benefits, bring individual gains, remove legal, informational and technical hurdles and ultimately ensure just participation of all societal groups. Substantial additional resources are required to develop digital tools and products to seize opportunities for citizens to engage, optimise energy consumption and manage active participation in the energy system.

The report

This report, the thirteenth of a series started in 2008, is a collection of 33 papers illustrating the main results obtained during 2021 using the CRESCO/ENEAGRID HPC facilities. The significant number of contributions proves the importance of the HPC facilities in ENEA for the research community. The topics cover various fields of research, such as materials science, efficient combustion, climate research, nuclear technology, molecular dynamics, plasma physics, biotechnology, complex systems physics, renewable energies, environmental issues, HPC technology. The report shows the wide spectrum of applications of high performance computing, which has become an all-round enabling technology for science and engineering. (go to report)

L’articolo, pubblicato su EAI (Energia ambiente e innovazione, n.1 gennaio-aprile 2022), presenta la tecnologia, e in particolare le tecniche di imaging 3D come la fotogrammetria e l’uso di sistemi laser scanner, può essere estremamente utile per la tutela, fruizione, catalogazione, divulgazione e valorizzazione dei beni culturali, favorendone l’accessibilità e la conoscenza. Un esempio sono gli studi eseguiti dall’ENEA presso l’antica Spezieria di Santa Maria della Scala a Roma, la ‘Farmacia dei Papi’, dove queste tecnologie sono state applicate con successo nell’ambito del Progetto ‘Roma Hispana’.

ENEA realizzerà un laboratorio virtuale avanzato che sfrutta le potenzialità del supercalcolo e dell’intelligenza artificiale per la ricerca su materiali avanzati destinati agli impianti di energia rinnovabile. Questa attività rientra nel progetto europeo IEMAP (Italian Energy Materials Acceleration Platform), che conta su un finanziamento di 4,5 milioni di euro da parte MiTE nell’ambito dell’iniziativa di cooperazione internazionale Mission Innovation.

Il laboratorio sarà in grado di accelerare il processo di analisi dei dati sperimentali, per identificare i materiali e le soluzioni tecnologiche più adatti per l’applicazione in campo energetico. Sarà costituito da quattro componenti fondamentali: un’infrastruttura computazionale basata sul supercomputer di ENEA CRESCO6 e tre infrastrutture sperimentali dedicate a batterie, elettrolizzatori (I dispositivi, che alimentati da energia elettrica, consentono, in presenza di un elettrolita e di una membrana, di rompere le molecole dell’acqua, separando l’idrogeno dall’ossigeno) per la produzione di idrogeno verde e fotovoltaico, tre aree tematiche centrali nel processo di transizione energetica del nostro Paese.

Per realizzare questa avanzata architettura informatica, ENEA collaborerà con Cnr, Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) e RSE che metteranno a disposizione laboratori e infrastrutture sperimentali e computazionali distribuite su tutto il territorio nazionale.

“Per abbattere i costi delle tecnologie energetiche green bisogna investire in ricerca e innovazione al fine di accelerare il processo di transizione energetica e stare al passo con la competizione globale, in particolare con Cina, Corea del Sud e Giappone”, sottolinea Giorgio Graditi, direttore del dipartimento ENEA di Tecnologie Energetiche e Fonti Rinnovabili. “Individuare la soluzione migliore per una specifica applicazione energetica è un processo lungo e articolato con vincoli legati alla tecnologia, alla disponibilità delle materie prime e all’impatto ambientale. Ecco, quindi, l’idea di creare un ambiente virtuale ipertecnologico che possa contribuire ad accelerare il processo di ricerca e di sperimentazione di materiali e soluzioni per l’energia e le nuove tecnologie che, al momento, si avvale solo in parte della potenza del supercalcolo, mentre ancora molto del laboratorio fisico. Questo ci permetterà di diminuire il numero di esperimenti, ottimizzare i tempi e massimizzare il risultato della ricerca”, aggiunge Graditi.

“Il cuore dell’infrastruttura computazionale sarà costituita da un database e da un workflow in funzione di ‘regista’ dei diversi servizi che sarà guidato da Intelligenza Artificiale e tecnologie Big Data per ottimizzare la progettazione dei nuovi materiali”, spiega Massimo Celino, ricercatore della divisione ENEA di Sviluppo Sistemi per l’Informatica e l’ICT e responsabile del progetto IEMAP. “Il motore di questa infrastruttura sarà CRESCO6 che nel 2018 è entrato nella TOP500 delle macchine per il supercalcolo più potenti al mondo e attualmente è una delle 131 infrastrutture di riferimento del Programma Nazionale per la Ricerca 2021-2027. E proprio sul nostro supercomputer, che si trova fisicamente nel Centro Ricerche ENEA di Portici, implementeremo ulteriori tecnologie di High Performance Computing per la gestione dei dati e per lo sviluppo e l’implementazione di una libreria di codici numerici per il modeling molecolare dei nuovi materiali”, aggiunge Celino.

Nel caso delle batterie, le linee di attività riguarderanno i nuovi materiali per gli elettrodi (catodo e anodo) e per gli elettroliti. L’obiettivo è quello di aumentare la densità di energia, migliorare la sicurezza, ridurre il costo e allungare il ciclo e la durata di vita delle batterie. I ricercatori svilupperanno, inoltre, inchiostri per la produzione degli elettrodi mediante stampa rotocalco e un processo di recupero sostenibile di materiali dalle batterie a fine vita.

Per quanto riguarda gli elettrolizzatori, il progetto prenderà in considerazione i materiali sia per quelli a bassa temperatura (<100°C) che quelli ad alta temperatura (600-900°C), mentre nel caso del fotovoltaico, il laboratorio IEMAP punterà allo sviluppo di celle solari innovative a film sottile di perovskite, di metodologie e tecniche sostenibili di recupero di materiali da pannelli fotovoltaici a fine vita, ma anche di sistemi ibridi e integrati fotovoltaico-accumulo per la gestione dell’intermittenza della fonte solare.

Il laboratorio farà parte del nuovo Centro Nazionale di Ricerca in High Performance Computing, Big Data e Quantum Computing, proposto dall’INFN, che vede riuniti oltre cinquanta membri provenienti dal mondo della ricerca scientifica e dell’industria italiane.

Per maggiori informazioni:
Massimo Celino, ENEA – Divisione per lo Sviluppo Sistemi per l’Informatica e l’ICT, massimo.celino@enea.it

https://mission-innovation.it/iemap/