Sostenibilità dei data center HPC: il gemello digitale ENEA riduce consumi e impatti

Il progetto sviluppato da ENEA per realizzare un gemello digitale dell’infrastruttura di calcolo ad alte prestazioni, inclusivo del supercalcolatore CRESCO. Il modello virtuale riproduce in tempo reale il comportamento del data center, consentendo monitoraggio continuo, manutenzione predittiva e simulazione di strategie di risparmio energetico.

L’iniziativa, inserita nel progetto Rome Technopole, affronta il tema critico della sostenibilità dei data center HPC, offrendo ai progettisti e ai gestori uno strumento concreto per migliorare efficienza, resilienza e controllo dei costi senza intervenire direttamente sull’hardware.

ENEA sperimenta il gemello digitale per rendere più efficienti e sostenibili i supercalcolatori HPC

Una copia virtuale capace di “vivere” in parallelo all’infrastruttura fisica e di riprodurne in tempo reale comportamento, consumi e criticità. È questo l’obiettivo del gemello digitale sviluppato da ENEA per l’intera piattaforma di calcolo ad alte prestazioni (HPC), che comprende anche il supercalcolatore CRESCO installato presso il Centro Ricerche di Portici, in provincia di Napoli. Il progetto consente di osservare e governare il data center come un sistema complesso, ottimizzandone le prestazioni operative e sperimentando strategie avanzate di risparmio energetico senza intervenire direttamente sull’hardware.

L’iniziativa si inserisce nel contesto del progetto PNRR Rome Technopole ed è stata oggetto di presentazioni in conferenze scientifiche internazionali, oltre che di pubblicazioni sulla rivista online dell’Association for Computing Machinery. Il lavoro rappresenta un passo significativo verso una gestione più intelligente delle infrastrutture digitali critiche, sempre più centrali per la ricerca e l’innovazione.

CRESCO è una delle principali risorse di calcolo di ENEA e mette a disposizione della comunità scientifica una potenza dell’ordine dei petaflops, ovvero milioni di miliardi di operazioni al secondo. Le sue capacità sono impiegate in numerosi ambiti di ricerca strategici: dalle simulazioni sul cambiamento climatico e sulla qualità dell’aria all’ottimizzazione delle reti elettriche, dagli studi su fusione nucleare ed efficienza energetica fino alle analisi su materiali avanzati, nanotecnologie, biotecnologie e salute. Il sistema supporta inoltre applicazioni di big data, intelligenza artificiale e machine learning, settori in cui la domanda di potenza di calcolo è in costante crescita.

La realizzazione del gemello digitale del data center HPC apre nuove possibilità operative per i ricercatori ENEA. In primo luogo, consente di passare da una manutenzione reattiva a una manutenzione predittiva, individuando segnali di degrado o anomalie prima che si traducano in guasti.

In secondo luogo, offre uno strumento concreto per migliorare l’efficienza energetica, grazie alla possibilità di simulare soluzioni alternative per il raffreddamento e per la distribuzione dei carichi di lavoro. Infine, il modello virtuale permette di testare scenari di malfunzionamento e di valutare in anticipo le strategie di ripristino più efficaci, aumentando la resilienza complessiva dell’infrastruttura.

Dal punto di vista tecnologico, il sistema nasce dalla collaborazione tra ENEA e la start-up Trakti e integra quattro elementi chiave. Al centro vi è il digital twin, che riproduce il funzionamento del data center e ne monitora parametri critici come consumi, temperature, carichi e stati operativi. A questo si affianca la blockchain, utilizzata come registro distribuito e immutabile per garantire la sicurezza, la trasparenza e la tracciabilità dei dati. Le risorse del data center vengono inoltre rappresentate tramite token digitali – potenza di calcolo, memoria ed energia – che possono essere assegnati o scambiati tra utenti e progetti. Completano il sistema gli Smart Legal Contract, contratti digitali con valore legale registrati su blockchain, che automatizzano e regolano l’uso di server, storage e rete.

“Attraverso l’intelligenza artificiale, il nostro gemello digitale è in grado di simulare scenari complessi, ottimizzare l’impiego delle risorse, migliorare la tolleranza ai guasti e, soprattutto, ridurre i consumi energetici”, spiega la matematica Marta Chinnici del Laboratorio ENEA di Infrastrutture per il calcolo scientifico e ad alte prestazioni del Dipartimento Tecnologie energetiche e fonti rinnovabili, attivo presso il Centro Ricerche di Portici. “Tutte le decisioni e i dati vengono poi registrati su blockchain, così da assicurare affidabilità e tracciabilità. Questo approccio ha già prodotto un aumento del 40% nella visibilità dei costi associati alle risorse condivise”.

Il tema è particolarmente rilevante se si considera il ruolo crescente dei data center nell’economia digitale. Queste infrastrutture costituiscono la base dei servizi digitali moderni, ma il loro sviluppo comporta un aumento significativo dei consumi energetici e dell’impatto ambientale. Oggi i data center assorbono circa il 3% dell’energia globale e le stime indicano che, entro il 2030, potrebbero arrivare a rappresentare fino al 21% della domanda energetica mondiale. Anche le emissioni climalteranti sono destinate a crescere, passando dallo 0,3% attuale a valori che potrebbero raggiungere l’8%.

“In un contesto di domanda sempre più elevata di risorse HPC, l’efficienza energetica non è più un’opzione, ma una necessità”, conclude Chinnici. “Il nostro obiettivo è dimostrare che il gemello digitale può diventare uno strumento di riferimento anche negli ambienti di supercalcolo, contribuendo a una gestione più sostenibile, sicura e consapevole delle infrastrutture digitali del futuro”.

FAQ TECNICHE – Gemello digitale HPC: ENEA migliora efficienza e sostenibilità CRESCO

Che cos’è il gemello digitale HPC sviluppato da ENEA?
È una replica virtuale dell’intera infrastruttura di supercalcolo che riproduce in tempo reale stati operativi, carichi, consumi e temperature del data center HPC. Il modello è allineato costantemente con il sistema fisico.
A cosa serve e in quali contesti viene utilizzato?
Serve a monitorare e governare data center HPC complessi, supportando attività di ricerca scientifica ad alta intensità di calcolo. È applicabile a infrastrutture critiche con elevata domanda energetica e continuità di servizio.
Quali prestazioni e requisiti consente di valutare?
Il sistema permette di analizzare consumi energetici, distribuzione dei carichi, comportamento termico e stati di funzionamento. Le prestazioni dipendono dalla configurazione del data center e dai parametri definiti in fase di progetto.
Quali vantaggi offre rispetto alla gestione tradizionale dei data center?
Introduce un approccio predittivo invece che reattivo, consentendo simulazioni preventive e decisioni basate su dati. Riduce i rischi di guasto e migliora l’efficienza operativa complessiva.

Fonte: ENEA