L’acqua meglio dell’aria per ridurre i consumi energetici

Il supercomputer Aquasar del Politecnico federale di Zurigo messo in funzione a livello sperimentale dal maggio 2010 Keystone

Il supercomputer più veloce d'Europa viene raffreddato con acqua invece di aria. Si risparmia così il 40% di energia. L'innovazione si basa su un progetto di ricerca in cui sono coinvolti il Politecnico federale di Zurigo e il produttore di computer IBM.

Chi prende l’aereo o viaggia in auto, è visto come un peccatore dal profilo ambientale. Chi invece utilizza piattaforme di comunicazione online, come Facebook, o partecipa a videoconferenze, non arreca danno all’ambiente. Questa opinione è diffusa, ma sbagliata.

Non ci sono cifre ufficiali. Ma, secondo le stime, i computer in funzione nel mondo producono la stessa quantità di CO2 emessa da tutto il traffico aereo. In altre parole, i consumi energetici e il grado di efficienza rappresentano aspetti fondamentali nello sviluppo di nuovi computer – e questo anche per motivi di costi.

Le spese necessarie per un supercomputer, ossia di un centro di calcolo a grande potenza, concernono per metà la costruzione e per l’altra metà i consumi energetici. Per un computer che costa 100 milioni di franchi, le spese energetiche sono quindi tutt’altro che irrisorie. La metà dei consumi energetici sono dovuti ai sistemi di raffreddamento ad aria, impiegati nella maggior parte dei grandi computer.

“I computer trasformano in calore il 100% dell’energia elettrica. Con il raffreddamento ad aria questa energia viene quindi persa inutilmente. Nella maggior parte dei casi occorre dapprima raffreddare l’aria. Molta energia viene poi consumata dai ventilatori, che eliminano l’aria calda prodotta dal computer”, spiega Dimos Poulikakos, capo del Laboratorio di termodinamica nelle tecnologie emergenti del Politecnico federale di Zurigo.

Sistema polivalente

Poulikakos mostra il grande calcolatore sperimentale Aquasar, messo in funzione nel maggio 2010. Il Politecnico federale ha sviluppato un nuovo impianto di raffreddamento per questo supercomputer, realizzato dall’azienda IBM. Invece che con aria, il calcolatore viene raffreddato con un sistema ad acqua. L’acqua attraversa il supercomputer, si riscalda e viene poi immessa nel circuito di riscaldamento e di erogazione di acqua calda dell’edificio.

“L’acqua scorre in un circuito continuo, attraverso un sistema universale. Noi lo utilizziamo per il riscaldamento. Nei paesi caldi, questo sistema può essere invece impiegato per la dissalazione di acqua marina”, indica Poulikakos. “In questo modo riusciamo a dimezzare i costi energetici dal momento che non dobbiamo né raffreddare né eliminare l’aria. Inoltre ricaviamo del calore utile per altri scopi, invece di perderlo”.

Tutto questo sembra relativamente semplice, ma non lo è dal momento che, a differenza dell’aria, l’acqua conduce elettricità. “Abbiamo quindi sviluppato un convertitore di calore, attaccato alla parte inferiore e non attiva del chip”, aggiunge lo specialista. “Il prototipo Aquasar funziona perfettamente da diversi anni.”

Operazioni chirurgiche

Ma i ricercatori del Politecnico non sono ancora soddisfatti. “La sfida attuale consiste nell’avvicinarsi sempre di più al chip, al fine di rimuovere il calore. Dobbiamo quindi operare come dei chirurghi a livello di chip, per recuperare il massimo di calore. La nuova tecnica, che abbiamo messo a punto, consente di collegare l’acqua con micro-canali il più vicino possibile al chip. Questo sistema, più efficiente, sembra affidabile. Tra non molto tempo dovrebbe essere pronto per la produzione in serie”, prevede Poulikakos.

Già pronto per la produzione in serie è in ogni caso il sistema Aquasar, già sperimentato e applicato da diversi anni. “Aquasar rappresenta un buon esempio di come la collaborazione tra ricerca e industria può servire a realizzare un prodotto innovativo”, sottolinea il responsabile del Laboratorio di termodinamica.

IBM leader di mercato

Da alcuni mesi, il produttore di computer IBM utilizza per la prima volta il sistema Aquasar per un impianto a grande scala. Viene infatti impiegato per il raffreddamento di SuperMuc, il supercomputer più veloce in Europa, entrato in funzione questa estate nei pressi di Monaco di Baviera.

Le prestazioni del mega-computer sono enormi. È in grado di eseguire fino a 3000 miliardi di operazioni aritmetiche al secondo. L’impianto viene utilizzato per la ricerca e l’industria.

“Grazie ai sistemi di raffreddamento ad acqua possiamo risparmiare il 40% dei costi energetici. Tenendo conto dell’intera durata di esercizio dei computer, questo risparmio corrisponde al 20% dei costi totali”, rileva Bruno Michel del centro di ricerche IBM di Zurigo. “Abbiamo già posto il  sistema SuperMUC sul mercato. Siamo l’azienda leader in questo settore. Ma anche la concorrenza arriverà ben presto sul mercato con sistemi raffreddati ad acqua”, prevede Michel.

Fondi per la ricerca 2013-2016

Complessivamente, la Svizzera investirà nei prossimi quattro anni più di 26 miliardi di franchi per la ricerca.

Nella sessione autunnale, il parlamento ha approvato crediti per un valore di 23,8 miliardi di franchi destinati alla ricerca. Oltre 2 miliardi saranno inoltre impiegati per i programmi quadro di ricerca condotti assieme all’UE.

Nei prossimi mesi, il governo presenterà al parlamento un messaggio speciale per sostenere programmi di ricerca nell’ambito della nuova politica energetica.

In tale ambito 2 miliardi di franchi dovrebbero essere messi a disposizione dei Politecnici federali di Zurigo e Ginevra, come pure del Laboratorio federale di prova dei materiali (EMPA) e dell’Istituto Paul Scherrer.

Questi centri figurano in testa anche per quanto riguarda l’attribuzione dei contributi quadriennali della Confederazione al settore della ricerca.

Il Fondo nazionale svizzero riceve circa 3,7 miliardi di franchi, destinati alla ricerca di base nei campi della medicina e delle scienze umane e naturali, in cui la Svizzera vuole mantenere una posizione molto forte a livello internazionale.

Tra i compiti del Fondo nazionale figura anche la promozione dei giovani talenti.

Traduzione di Armando Mombelli