Institutul Potsdam pentru Cercetarea Impactului Climatic (PIK – Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung), cu sediul în Germania, este o instituție de prestigiu internațional, care reunește expertiza din domenii diverse ale științelor naturale și sociale pentru a înțelege mai bine provocările globale legate de schimbările climatice. Cu aproximativ 500 de angajați și un buget anual de 33 de milioane de euro, PIK își propune să dezvolte soluții concrete pentru problemele climatice urgente și să contribuie la dezvoltarea cercetării în domeniul sustenabilității globale.
PIK joacă un rol esențial în dezvoltarea de modele complexe care integrează atmosfera, hidrosfera, biosfera și Antropocenul. Aceste modele ajută la găsirea răspunsurilor la întrebări importante despre schimbările climatice și oferă suport științific pentru deciziile legate de politicile publice.
Încă de la înființarea sa, în 1992, institutul a investit în sisteme de calcul de înaltă performanță (High-Performance Computing / HPC), esențiale pentru cercetările sale bazate pe simulări și calcule complexe. Cererea pentru astfel de resurse a crescut constant, deoarece cercetările interdisciplinare realizate la PIK au devenit tot mai sofisticate. Acestea includ analize repetate și simulări cu parametri care se modifică în timp.
Rezultatele acestor cercetări contribuie la o înțelegere mai profundă a relațiilor și interdependențelor din sistemele climatice. Ele oferă perspective noi și recomandări practice pentru politici sustenabile, adresate liderilor globali. Pentru a susține această abordare interactivă, bazată pe scenarii, cercetătorii de la PIK trebuie să aibă acces rapid și eficient la clustere HPC interne, suficient de puternice pentru a permite bucle de feedback rapide.
Institutul colaborează activ cu comunitatea științifică internațională, având parteneri de prestigiu precum Institutul Max Planck pentru Meteorologie. Pentru a continua aceste colaborări și a impulsiona cercetarea academică, PIK urmărește extinderea semnificativă a capacităților sale HPC, cu accent pe eficiența energetică.
Printre modelele avansate utilizate la PIK se numără Modelul Terrei Potsdam (POEM) și CLIMBER-X, un model al sistemului terestru de complexitate intermediară, ambele necesitând resurse HPC considerabile. În paralel, analiza big data a devenit esențială pentru multe dintre proiectele institutului, inclusiv pentru inițiativa FutureLab „Inteligența Artificială în Antropocen”. În acest context, PIK își consolidează infrastructura de AI și învățare automată (ML), prin integrarea de GPU-uri suplimentare în clusterele sale, sprijinind astfel cercetări inovatoare și abordări de ultimă generație.
„Avem cu adevărat nevoie de sisteme HPC rapide și fiabile în cadrul institutului. A ne baza exclusiv pe resurse HPC externe ar încetini cercetarea și ar crește costurile pentru oamenii noștri de știință. Ne dorim ca personalul academic să se concentreze pe generarea de cunoștințe noi pentru a oferi recomandări de politici. Deoarece activitatea noastră se axează pe cercetarea climatică, amprenta noastră de carbon este importantă pentru noi, așa că ne-am dorit o soluție de răcire directă cu apă, extrem de eficientă, care să ne permită să încălzim clădirea de birouri din Campusul Albert-Einstein exclusiv prin utilizarea căldurii reziduale.” – Kasten Kramer, Șef al Serviciilor IT & HPC, Institutul Potsdam pentru Cercetarea Impactului Climatic
Eficiență și performanță de top
În urma unui proces de licitație și selecție la nivel european, PIK a inițiat un dialog competitiv cu doi furnizori.
După analizarea a peste 1.000 de criterii, PIK a decis să colaboreze cu Lenovo și pro-com DATASYSTEME GmbH (pentru infrastructură) pentru implementarea unei soluții extrem de eficiente din punct de vedere al costurilor, bazată pe procesoare AMD EPYC™ 9554 cu 64 de nuclee.
Având deja experiență cu soluțiile Lenovo, calitatea excelentă și fiabilitatea sistemelor și serviciilor au fost criterii esențiale pentru PIK în alegerea Lenovo din nou.
Produsele hardware folosite:
- Lenovo ThinkSystem SD665 V3
- Server Neptune® DWC
- Lenovo ThinkSystem SD665-N V3
- Server Neptune® DWC cu GPU-uri de înaltă performanță
- Răcire cu lichid Lenovo Neptune®
- Procesoare AMD EPYC™ 9554
- Lenovo ThinkSystem SR665
- Lenovo ThinkSystem SR645
- Lenovo ThinkAgile HX Series
- Lenovo ThinkSystem DE4000H
- Array de stocare hibrid Gen2
- Lenovo ThinkSystem DM5000H
- Array de stocare hibrid unificat
Produsele software folosite:
- Pachetul software HPC și AI de la Lenovo
- Platforma cloud Nutanix
- Confluent Cluster Management
- Slurm Workload Manager
- Red Hat Enterprise Linux pentru HPC cu suport Lenovo
Serviciile:
- Servicii Profesionale Lenovo pro-com DATASYSTEME GmbH
Cu ajutorul unor granturi generoase din partea Landului Federal Brandenburg, PIK a instalat:
- 240 servere de calcul Lenovo ThinkSystem SD665 V3 cu răcire directă cu apă Neptune® DWC
- 12 servere Lenovo SD665-N Neptune® DWC cu acceleratoare GPU suplimentare
- Servere Lenovo ThinkSystem SR665 și SR645 pentru sarcini de management și suport
- Sistem de stocare Lenovo ThinkSystem DE4000H Unified Hybrid Storage Array Gen 2 pentru backup de date
Eficiența și sustenabilitatea au fost deosebit de importante pentru PIK. rin alegerea soluțiilor de răcire cu lichid Lenovo Neptune®, PIK beneficiază de o arhitectură de sistem flexibilă și pregătită pentru viitor. Sistemul include o unitate externă de distribuție a agentului de răcire, care se poate conecta ușor la mai multe rack-uri și se integrează în rețelele și sistemele de încălzire existente. Această unitate a fost adaptată special pentru nevoile PIK.
Răcirea directă cu apă are, de asemenea, efecte pozitive asupra performanței sistemului. Cu o temperatură mai constantă, sarcinile HPC rulează mai stabil, iar procesele se finalizează mai rapid. Nu apar limitări neașteptate ale vitezei nucleelor, iar variațiile dintre procese sunt reduse. Astfel, se evită timpii de așteptare și se elimină risipa de resurse în timpul ciclurilor de calcul.
- De 5 ori mai multă capacitate de calcul, măsurată folosind aplicații științifice reale
- De 2,5 ori mai bună eficiență energetică, chiar înainte de a lua în calcul reutilizarea căldurii reziduale
- Îmbunătățire de 5–10 ori a performanței, în funcție de tipul de sarcină
Sprijinirea elaborării politicilor prin informații științifice
Datorită noului cluster HPC, cercetătorii de la PIK pot acum procesa cantități mai mari de date mai rapid și pot rula simulări mai complexe.
PIK a fost surprins de cât de rapid a crescut cererea pentru noile sale resurse GPU. Aproximativ 50% din sarcinile GPU sunt modele lingvistice mari (LLMs). „Cercetătorii noștri găsesc din ce în ce mai multe cazuri de utilizare pentru capacitățile noastre GPU,” explică Kramer. „Un exemplu actual este o analiză automată de învățare automată a aproape 85.000 de documente de politici climatice, cum ar fi rapoartele de evaluare ale Panelului Interguvernamental privind Schimbările Climatice (IPCC). O echipă de la PIK a folosit clusterul Lenovo pentru a identifica documentele relevante dintr-o listă totală de un milion de publicații. Apoi au antrenat clasificatori de învățare automată, au categorisit automat detaliile politicilor climatice și au compilat o hartă interactivă a politicilor climatice pe baza rezultatelor. Rezultatele analizei au fost publicate într-un raport cu acces deschis de către Springer Nature, toate acestea fiind posibile datorită noului nostru supercomputer Lenovo, finanțat de Fondul de Investiții pentru Viitor al Statului Brandenburg.”
„Un beneficiu uriaș al noului nostru cluster HPC este designul Lenovo Neptune® cu răcire directă cu apă caldă. Astăzi încălzim 250 de locuri de muncă cu căldura reziduală de la supercomputerul nostru și nu avem niciun alt sistem de încălzire în întreaga clădire. În prezent, adăugăm o rețea locală de încălzire pentru a conecta mai multe clădiri din campusul nostru și explorăm posibilitatea de a folosi aerul exterior pentru răcire gratuită, crescând și mai mult eficiența.” – Karsten Kramer, Șef al Serviciilor IT & HPC, Institutul Potsdam pentru Cercetarea Impactului Climatic.
