Colaboración de investigación de supercomputación para llevar la energía de fusión a la red del Reino Unido en la década de 2040

La Autoridad de Energía Atómica del Reino Unido (UKAEA) y la Universidad de Cambridge están colaborando con Dell Technologies e Intel para acceder a los recursos de supercomputación necesarios para obtener energía de fusión ecológica en la red de energía en los próximos 20 años.

Con el objetivo de economía neta cero del gobierno del Reino Unido para 2050 que se avecina, y con los planes en marcha para desmantelar las plantas de combustibles fósiles envejecidas y poco respetuosas con el medio ambiente del país, se están realizando esfuerzos en múltiples frentes para aumentar la cantidad de energía renovable disponible a través de la red del Reino Unido.

La UKAEA se encuentra entre las partes que buscan formas alternativas de energía verde para cerrar la brecha y es pionera en el uso de la energía de fusión. Generarlo es conocido por ser un desafío científico y de ingeniería difícil, pero que debe superarse.

El secretario de seguridad energética y red cero, Grant Shapps, dijo: “El mundo necesita energía de fusión como nunca antes. [and it] tiene el potencial de proporcionar una energía de ‘carga base’, sustentando las energías renovables como la eólica y la solar, razón por la cual estamos invirtiendo más de 700 millones de libras esterlinas para hacer del Reino Unido un centro mundial para la energía de fusión”.

El proceso de generación de energía de fusión consiste en mezclar y calentar dos formas de hidrógeno para crear un plasma controlado a temperaturas extremas que se fusionan para crear helio y liberar energía que puede aprovecharse para generar electricidad. Este es un proceso que la UKAEA busca replicar en las centrales eléctricas.

Las dificultades radican en el hecho de que las temperaturas necesarias para crear el plasma son 10 veces más calientes que el núcleo del sol, pero, si el proceso es posible, allanaría el camino para una nueva fuente de energía que no emita gases de efecto invernadero. y tiene un bajo riesgo de generar subproductos radiactivos.

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“La fusión es el proceso natural que alimenta el corazón de nuestro sol y hace que brillen todas las estrellas en el cielo nocturno, [and] nuestro objetivo es tratar de aprovechar esa energía aquí en la Tierra para producir una forma de producción de energía limpia y ecológica”, dijo Rob Akers, jefe de computación avanzada en UKAEA, durante un video que se mostró durante una mesa redonda solo para prensa para discutir el proyecto. .

“El desafío que tenemos en nuestras manos es que no hay tiempo suficiente para usar el diseño basado en pruebas para averiguar qué es esto. [fusion] planta de energía tiene que parecerse. Tenemos que diseñar… en el mundo virtual utilizando enormes cantidades de supercomputación e inteligencia artificial. [AI].”

La UKAEA ha declarado que necesita obtener una fuente sostenible de energía de fusión en la red en la década de 2040 y ha creado un diseño prototipo de la planta de energía requerida, conocida como STEP, en Nottinghamshire.

Ha colaborado con Dell, Intel y la Universidad de Cambridge para desarrollar un gemelo digital del sitio, que está diseñado para ser “altamente inmersivo” y se alojará en un entorno virtual conocido como el “metaverso industrial”.

Específicamente, esta colaboración analizará cómo las supercomputadoras a exaescala y la IA pueden ofrecer el diseño del gemelo digital para que UKAEA alcance su objetivo de tener una planta de energía de fusión en la red para la década de 2040.

“La colaboración reúne investigación e innovación de clase mundial y apoya las ambiciones del gobierno de convertir al Reino Unido en una superpotencia científica y tecnológica”, dijeron las organizaciones en un comunicado grupal.

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“Su objetivo es hacer que la próxima generación de computadoras de alto rendimiento (HPC) sea accesible, práctica de usar e independiente del proveedor”.

Durante la mesa redonda, Paul Calleja, director de servicios informáticos de investigación de la Universidad de Cambridge, entró en más detalles sobre los desafíos de costos y habilidades involucrados en proyectos de supercomputación a gran escala como este.

“Desde una perspectiva de TI, exascale hoy representa sistemas que cuestan más de 600 millones de libras esterlinas de capital para implementar [and] consumen más de 20MW de potencia. Entonces, eso cuesta £ 50 millones de libras al año solo para enchufarlo”, dijo.

“Estos sistemas son [also] muy difícil de explotar. Puede ejecutar aplicaciones en ellos que solo pueden obtener una fracción del rendimiento máximo debido a algún cuello de botella en [the] escalabilidad del código… así que estos son sistemas muy específicos y difíciles”.

La universidad ha sido socio colaborador de UKAEA durante cuatro años y dijo que se han dado cuenta de que la mejor manera de abordar un proyecto como este es trabajar juntos.

“Cuando desea diseñar una sola supercomputadora, realmente necesita hacerlo como una colaboración entre proveedores de hardware, científicos y desarrolladores de aplicaciones, todos trabajando juntos para analizar el problema holístico. Eso no sucede a menudo”, continuó Calleja.

“Trabajamos en estrecha colaboración con nuestros socios industriales en Dell e Intel, y la gente de mi equipo para entender cómo unir estas cosas”.

La universidad tiene tres generaciones de sistemas Intel x86 en funcionamiento, pero no son adecuados para una implementación como esta desde el punto de vista del rendimiento, por lo que el grupo busca utilizar la nueva tecnología Intel GPU Max para centros de datos.

“La tecnología GPU de Intel nos brinda esa función de paso en el rendimiento por vatio, [and] de eso se trata realmente: el rendimiento por vatio es una métrica clave junto con la cantidad de bytes que podemos mover por el sistema”, agregó.

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Y debido a las complejidades que implica armar un sistema como este, construirlo con tecnologías de código abierto es imprescindible.

“Es posible que trabajemos con Intel hoy, pero quién sabe qué sucederá en el futuro, por lo que no queremos estar atados a un proveedor en particular… y aquí Intel tiene un entorno de programación realmente interesante llamado oneAPI, que se basa en gran medida en SYCL [a royalty-free, cross-platform abstraction layer],” él dijo.

“Y este entorno oneAPI SYCL nos brinda una manera realmente agradable de desarrollar códigos que, si lo deseamos, pueden ejecutarse en las GPU de Intel, [but] también podemos ejecutar esos códigos en las GPU de Nvidia e incluso en las GPU de AMD con una recodificación mínima”.

Añadió: “Todo nuestro trabajo, cuando sea posible, utiliza implementaciones de hardware de estándar abierto que utilizan implementaciones de software de código abierto. [and we can] hacer que esos planos estén disponibles”.

Y esto es importante porque significa que otras empresas y universidades podrán cosechar los beneficios de este trabajo.

“¿Cómo hacer que estas supercomputadoras sean accesibles para una amplia gama de científicos e ingenieros, [and we’re doing this by] desarrollando un novedoso entorno de sistema operativo nativo de la nube, que llamamos Scientific OpenStack, desarrollado con una pyme del Reino Unido llamada StackHPC”, dijo Calleja.

“[As] parte de la democratización [push], debe hacer que estos sistemas sean accesibles para empresas y científicos que no están acostumbrados a las tecnologías de supercomputación. Así que esa capa de middleware es realmente importante”.

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