Calcul haute performance

PULSE : un Défi pour réduire, contrôler et valoriser les émissions environnementales du calcul intensif

Date:
Mis à jour le 25/11/2022
En octobre 2022, Inria et Qarnot Computing lançaient PULSE avec le soutien de l’Ademe, un nouveau Défi commun autour de la valorisation de la "chaleur fatale informatique". Un objectif : développer et promouvoir les meilleures pratiques en matière de réduction et de recyclage des émissions du calcul intensif, au profit de formes plus utiles et vertueuses.
Qarnot
© Qarnot Computing

Une utilisation vertueuse de la "chaleur fatale informatique"

Que se passe-t-il si on retire le ventilateur d’un ordinateur ? Celui-ci se transforme en radiateur. C’est en partant de ce constat que Paul Benoit et Miroslav Sviezeny créent l’entreprise Qarnot Computing, en 2010. Plutôt que mettre des résistances sur des radiateurs, qui n’ont pas d’autre fonction que chauffer, l’idée de Qarnot Computing est alors d’utiliser la chaleur émise par les serveurs informatiques (appelée la chaleur fatale informatique) afin de chauffer des bâtiments, en remplaçant les résistances par des processeurs, qui réaliseront des tâches utiles pour des tiers tout en permettant au chauffage de fonctionner.

Plus de dix ans plus tard, Qarnot Computing a fait évoluer son modèle. Des radiateurs numériques, dont le fonctionnement pose question en été, elle s’est tournée vers le développement de chaudières numériques, utilisables tout au long de l’année, avec une demande plus stable, plus prévisible.

L’entreprise propose, pour ce faire, une infrastructure bas carbone dédiée à tous les types de calculs haute performance (Big Data, simulation, rendu 3D, modélisation…) pour des clients issus de secteurs variés : finance, assurance, biotechnologies, retail, industrie, ou encore studio d’animation et d’effets spéciaux. Les serveurs, qui permettent d’effectuer les calculs demandés sont, eux, directement installés dans des bâtiments ou des sites où la chaleur fatale informatique produite pourra être consommée (logements, réseaux de chaleur, piscines, entrepôts logistiques), et non dans des data centers classiques.

Quelle problématique derrière les data centers ?

La performance énergétique d'un data center est caractérisée par son PUE ("Power Usage Effectiveness" ou Efficacité de l'utilisation de l'énergie). Celui-ci est calculé en divisant le total de l’énergie consommée par le data center par le total de l’énergie utilisée par les équipements informatiques (serveur, stockage, réseau). En moyenne, en 2020, les datacenters français avaient un PUE de 1,57 (contre plus de 2,5 en 2007) ce qui signifie que pour 1 Watt consommé par l’informatique, il faut alimenter le data center avec 1,57 Watt.

Mais la problématique qui demeure pour la plupart de ces data centers est la nécessité de compenser la chaleur émise par les nombreux serveurs avec différents systèmes de refroidissement. En d’autres mots, nous consommons une fois pour chauffer, et une fois pour refroidir. Qarnot Computing s’appuie sur ce constat pour montrer, au travers de l’indicateur ERF ("Energy Reuse Factor", qui mesure la quantité d'énergie recyclée en dehors du data center), que la chaleur de ces data centers peut être réutilisée pour en faire quelque chose d’utile.

« Le modèle économique de Qarnot Computing est basé sur du gagnant-gagnant. L’entreprise permet à ses clients d’accéder à de grandes capacités de calcul, en proposant une infrastructure à la demande qui soit aussi efficace que possible, tout en recyclant les émissions des calculs sous des formes utiles et vertueuses », explique Romain Rouvoy, professeur des Universités dans l’équipe-projet Spirals de Lille et coordinateur du Défi.

Un Défi pour encourager ces pratiques

C’est sur cette base que s’est construit le Défi commun entre Inria et la société Qarnot computing. Baptisé PULSE, pour "PUshing Low-carbon Services towards the Edge", celui-ci ambitionne donc de développer et promouvoir les bonnes pratiques en matière d’infrastructures matérielles et logicielles géoréparties pour un calcul intensif plus respectueux de l’environnement.

 « Notre idée, c’est d’analyser quelles sont les solutions les plus pertinentes, et quels sont les leviers sur lesquels il faut se pencher, pour réduire l’impact des infrastructures tout en maximisant l’utilité de leurs émissions », indique Romain Rouvoy.

Pour ce faire, le défi est structuré autour de deux axes de recherche complémentaires pour adresser cette problématique technologique et environnementale :

  • Axe 1 : "Analyse holistique de l’impact environnemental du calcul intensif"

Ce premier axe de travail consiste à dresser un bilan aussi précis que possible des différentes émissions d’une infrastructure de calcul intensif, comparé à un data center. Cela comprend notamment la construction, mais également l’exploitation de ce type de structure. « Aujourd’hui, nous n’avons pas vraiment de réponse à ces questions-là. On a des modèles qui s’affrontent avec chaque modèle qui avance ses arguments. Il s’agit donc d’établir une modélisation plus formelle de l’impact de ces infrastructures », indique Romain Rouvoy.

  • Axe 2 : "Mise en œuvre de services edge plus vertueux"

Ce second axe de travail s’attache à proposer des solutions innovantes et viables pour contribuer à l’émergence de services numériques tendant à garantir une empreinte carbone plus neutre pour l’environnement. Cela englobe plusieurs problématiques : comment exploiter ces chaudières numériques le plus longtemps possible ? Comment les utiliser au maximum de leurs capacités pour une tâche donnée ? Comment trouver la chaudière adéquate pour exécuter une tâche précise ? Comment répondre à certaines contraintes, notamment de délai ? Comment optimiser au mieux les infrastructures, en fonction des demandes des clients ? « Notre objectif ici, c’est de faire en sorte que les tâches de calcul rencontrent les besoins en eau chaude. Le tout à une échelle assez grande : une même tâche peut, par exemple, être distribuée sur plusieurs chaudières », ajoute Romain Rouvoy.

Croiser les métiers, les savoirs et les cultures de travail

Et pour que toutes ces questions trouvent réponses, les responsables du Défi se sont assurés de faire travailler main dans la main des équipes aux compétences aussi différentes que complémentaires.

Six équipes Inria, réparties sur cinq sites (Lyon, Grenoble, Lille, Nantes et Bordeaux), ont ainsi été impliquées : Avalon (Université Claude Bernard (Lyon 1), Ecole normale supérieure de Lyon, CNRS), Ctrl-A (Institut polytechnique de Grenoble, Université de Grenoble Alpes), Spirals (Université de Lille), Stack (IMT Atlantique), Storm (Université de Bordeaux, CNRS, Institut Polytechnique de Bordeaux), et Topal (Université de Bordeaux, CNRS, Institut Polytechnique de Bordeaux). Ces équipes explorent notamment la proposition de nouveaux modèles, algorithmes, services et systèmes pour les infrastructures de calcul haute performance. Elles sont particulièrement soucieuses d’explorer de nouvelles approches et de les enrichir, de transférer leurs résultats et de réaliser des validations expérimentales par simulation ou en vraie grandeur sur des systèmes réalistes et en production.

« Nous avons fait en sorte d’avoir des équipes de travail comprenant deux équipes Inria minimum. Cela a, d’une part, un intérêt pour Qarnot Computing, en lui permettant de récolter des compétences complémentaires pour chaque sujet adressé, complémentarité qui constitue une force et une richesse pour explorer de nouvelles contributions scientifiques et techniques, en dehors des sentiers battus », explique Romain Rouvoy.

Après avoir observé, ces derniers mois, une phase de recrutements, le Défi entame désormais sa première phase, celle de l’analyse de l’existant.