Un supercalculateur éco-responsable : est-ce possible ?


Publié le: 8 juillet 2021 par Atos

Écoconception, réduction des emballages plastiques, efficacité énergétique, recyclage… De plus en plus, l’aspect environnemental est pris en compte dans la conception des supercalculateurs (ou superordinateurs).

 

En 2020, le supercalculateur délivré par Atos, baptisé JUWELS, était officiellement sacré le plus puissant d’Europe, avec un pic de performance allant jusqu’à 70 pétaflops (millions de milliards d’opérations de calcul par seconde). Une performance doublée d’un effort notable sur le plan environnemental puisque l’unité, destinée au centre de recherche allemand Jülich, s’est alors hissée en parallèle à la troisième place du classement mondial Green500 des supercalculateurs ayant la meilleure efficacité énergétique (soit le rapport entre la puissance de calcul et la consommation électrique).

C’est dire à quel point l’empreinte écologique est aujourd’hui au cœur des préoccupations liées à la conception de ces machines aux applications multiples, de la simulation nucléaire aux projections météorologiques en passant par la recherche fondamentale dans le domaine de la santé.

Calculer plus vite en consommant moins

L’optimisation de l’efficacité énergétique repose d’abord sur la réduction de la consommation du système, en s’appuyant notamment sur le edge computing (qui consiste à traiter les données au plus près de la source de ces dernières). «C’est l’un des leviers principaux car cela permet de transporter de la donnée prémâchée, le serveur ayant déjà réalisé les premiers niveaux d’analyse », explique Yann Simoné, responsable Qualité, Lean et RSE chez Atos, en précisant que « l’amélioration des algorithmes est également clé, pour minimiser la quantité de calculs et accroître la rapidité d’exécution. »

Quant au refroidissement du système, l’autre source principale de consommation d’énergie, il peut être réalisé via des méthodes moins énergivores comme le DLC (Direct Liquid Cooling) à base d’eau chaude, permettant de « capter les calories au plus près du composant qui chauffe »,et ainsi d’atteindre un PUE (pour power usage efficiency) neutre, soit le plus près possible de 1.0. « La chaleur peut être récupérée et revalorisée dans des systèmes de chauffage afin d’optimiser encore davantage l’utilisation de l’énergie, et faire descendre le PUE en dessous de la barre des 1.0 », souligne Yann Simoné.

Des tonnes de métaux à recycler

L’autre enjeu écologique majeur de ces machines a trait à leur fin de vie. « La force d’un supercalculateur est de s’appuyer sur les dernières technologies disponibles, que ce soit pour les processeurs, les barettes mémoire ou autres. Il peut durer très longtemps (jusqu’à 10-12 ans), mais le client le renouvelle généralement au bout de 5 ans », observe Yann Simoné. Cela fait beaucoup de matières à recycler pour ces ordinateurs ultra-performants qui nécessitent des surfaces allant jusqu’à plusieurs centaines de mètres carrés pour leur installation, et contiennent facilement 800 kilos de métaux purs par rack (ou « baie » en français, désignant des armoires renfermant le matériel informatique) – sachant qu’un supercalculateur en contient plusieurs dizaines.

Une fois démantelé, généralement par le fabricant lui-même qui a l’obligation légale de gérer la fin de vie, le supercalculateur passe en pièces détachées dans les filières de recyclage, aussi bien pour les métaux (valorisés en tant que matière brute dans l’industrie) que pour la partie électronique : processeurs, disques durs, cartes électroniques… « Si elle s’améliore, cette filière de recyclage est néanmoins limitée par sa complexité », admet Yann Simoné. Prélever les divers métaux (or, cuivre, silicium…) imbriqués sur les cartes électroniques requiert en effet un travail manuel ou chimique important. Certains pays se sont spécialisés dans la revalorisation des déchets électroniques et électriques, tels les pays d’Europe de l’Est qui ont des industries spécialisées pour cela. L’inconvénient majeur est néanmoins l’impact environnemental de ces filières de recyclage, qui in fine donne un ratio coût / gain écologique favorable, mais limité. Yann Simoné ajoute : « Nous n’avons pas la main sur cette filière mais nous pouvons améliorer la manière dont sont faits nos produits, de manière à faciliter le démantèlement et le recyclage. »

Une alternative existe néanmoins au recyclage : la réutilisation via la revente à des pays en voie de développement souhaitant s’équiper d’anciennes technologies, à un coût modéré. «Chez Atos, il nous arrive de récupérer des supercalculateurs pour en faire des plus petits clusters pour des pays en Afrique ou encore en Europe de l’Est», poursuit-il.

Réflexion autour des matériaux

À terme, l’épuisement annoncé de certains métaux rares et précieux utilisés dans l’électronique (cobalt, nickel, lithium…) fait peser une menace sur la fabrication des supercalculateurs. Un point d’ores et déjà anticipé du côté des fabricants, qui ont tout intérêt à faire «baisser la proportion de certains métaux rares (or, étain, tantale et tungstène), à les remplacer par d’autres solutions technologiques ou par de nouveaux matériaux lorsque cela est possible », expose Yann Simoné.

Le respect des derniers standards et réglementations en vigueur garantissent pour leur part que le matériel vendu soit conforme aux dernières exigences, ajoute-t-il en citant notamment la directive européenne RoHS (Restriction of hazardous substances in electrical and electronic equipment), visant à limiter l’utilisation de substances dangereuses dans les équipements électriques et électroniques.

Sans oublier la réduction des emballages plastiques d’origine pétrochimique – ceux en plastique pouvant atteindre une trentaine de mètres cubes pour l’installation de chaque supercalculateur – mise en place au sein du groupe Atos, au profit de matériaux d’origine végétale et compostable.

Relocaliser la production, une priorité géopolitique et environnementale

La fabrication des composants du supercalculateur, comme les cartes électroniques, fait quant à elle l’objet d’une réflexion sur la souveraineté au milieu d’une course technologique dominée par les États-Unis, la Chine, le Japon et la France.

«Aujourd’hui, tous les pays ont besoin de puissance de calcul pour des besoins civils et militaires. Garantir une souveraineté européenne sur ces sujets-là permet de s’assurer qu’en cas de difficulté géopolitique, nous sommes toujours capables de fabriquer, concevoir et maintenir la puissance de calcul. L’Europe doit en effet être à la pointe de la technologie pour affirmer sa position centrale et stratégique concernant les futurs défis numériques. », fait valoir Yann Simoné en citant le cas de la société américaine Supermicro, dont les serveurs auraient été équipés de micropuces à la demande de l’armée chinoise selon l’agence Bloomberg. L’intérêt premier du rapatriement en Europe de la fabrication de cartes électroniques est la maîtrise des flux et des sources pour Atos.

Le second intérêt majeur est la réduction de l’empreinte carbone des flux logistiques. Il sera bientôt fini le temps où un boîtier métallique vide voyageait de la Chine vers la France. Ces changements en profondeur des flux de supply chain vont permettre de réduire en 2025 (vs 2019) de 50% le CO2 généré par les transports de matières pour les produits fabriqués par Atos.

Au travers du projet EUPHOR, le groupe Atos travaille à la définition de sa future génération d’usine afin de doublerla capacité de son usine de supercalculateurs à Angerspour faire face à une demande croissante. La décision devrait être prise d’ici la fin de l’année.

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