Ottimizzare la capacità di un Centro di calcolo per il Grid Computing grazie ad un Building Management System: il caso CNAF – INFN Istituto Nazionale Fisica Nucleare

L'ENTE

ll CNAF, nato a Bologna nel 1962, è il Centro Nazionale dell’Ente Nazionale di Fisica Nazionale Nucleare (INFN) per la ricerca e lo sviluppo nel campo delle tecnologie informatiche applicate agli esperimenti di fisica nucleare e delle alte energie che si occupa della gestione e dello sviluppo a livello nazionale dei principali servizi informatici e telematici di supporto all’Ente. Attualmente le attività principali del CNAF riguardano la gestione e lo  sviluppo del Tier1 italiano che costituisce il centro di calcolo più rilevante dell’INFN. Il CNAF è coinvolto da anni nello sviluppo, implementazione e gestione di infrastrutture di  ‘Griglia’ a livello italiano (IGI), europeo (EGI) ed internazionale (LHC Computing GRID).

L'APPLICAZIONE

In origine, il CNAF - Centro Nazionale Analisi Fotogrammi - si occupava della digitalizzazione dei fotogrammi ottenuti tramite l’utilizzo di rilevatori chiamati ‘camere a bolle’ che permetteva attraverso la ripresa d’istantanee la descrizione delle traiettorie delle particelle a seguito di un’interazione ad alta energia. Successivamente, quando i rivelatori elettronici sostituiscono gradualmente le ‘camere a bolle’, il CNAF partecipa allo sviluppo della prima rete su scala geografica dell'INFN che confluisce poi nella rete della ricerca italiana denominata GARR, ospitandone per diversi anni il nucleo operativo. Il CNAF è stato quindi coinvolto con lo sviluppo della più importante Grid europea, quella del CERN di Ginevra: si tratta della più potente organizzazione di macchine in condivisione di attività a livello mondiale, costituita da una dozzina di centri di calcolo principali chiamati Tier1 e da oltre un centinaio di centri di livello inferiore integrati fra loro attraverso i servizi di griglia computazionale. Per supportare le esigenze derivate dalla sperimentazione del Large Hadron Collider (LHC), l’acceleratore di particelle situato presso il CERN di Ginevra, l'INFN ha intrapreso un progetto per la realizzazione presso il CNAF di uno dei centri Tier1, uno dei più grandi a livello mondiale, per svolgere il ruolo di nodo primario di calcolo del LHC per l'elaborazione di grandi quantità di dati scientifici. Il nuovo data center dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, che si estende per 2.000 metri quadrati, è un’infrastruttura in grado di elaborare l’enorme flusso di dati prodotti dagli esperimenti più avanzati nel settore della fisica composta da oltre 120 armadi da 42 unità ciascuno. Nello specifico, l’attuale infrastruttura IT comprende 80 rack per server, 40 per apparati di storage e di rete. Inoltre 20 rack ospitano un nodo primario della rete italiana della ricerca (GARR) al fine di garantire la connessione continua con il CERN con collegamenti a 10 Gbps. Grazie ad un sistema integrato di Building Management system  basato sui sistemi Vista e InfraStruxure Cenral (APC- Schneider) è possibile coordinare le necessità impiantistiche del centro di calcolo con il controllo della distribuzione elettrica (dalla cabina di consegna fino al gruppo elettrogeno e ai quadri di distribuzione) e della distribuzione dei fluidi caldo/freddo (centrali frigorifere, unità di trattamento aria, condizionatori, controlli anti-allagamento) nell’intero edificio. Ora la correlazione dei dati di tutti gli impianti controllati offre la possibilità di visualizzare i trend storici e di produrre report sui consumi degli apparati e sull’attività della rete di distribuzione energetica e, in generale, sul funzionamento dell’infrastruttura a supporto del Centro.

I BENEFICI

La nuova infrastruttura basata su sistemi di alimentazione, distribuzione energetica e building Automation, comprese le soluzioni di contenimento e monitoraggio per data center, ha permesso di sostenere il flusso di dato proveniente  dall’LHC ora in funzione a pieno regime, con una produzione fino a 130 TB di dati al giorno trasferiti ai centri Tier1 in tutto il mondo. Il sistema di Building Management produce informazioni che sono poi integrate in una console centrale di monitoraggio, comprese quelle sullo stato delle macchine e delle relative applicazioni. In caso di guasto, il sistema è in grado di generare messaggi di allarme destinati agli operatori a favore di un intervento tempestivo a garanzia della continuità operativa. Se in passato nei centri di calcolo di tali dimensioni erano previsti turni di controllo da parte di addetti, ora la combinazione di sistemi ad alta affidabilità e strumenti automatizzati per il monitoraggio ha permesso al Centro di funzionare ininterrottamente senza la necessità della presenza fisica di personale dedicato, comportando l’eliminazione dei relativi costi. Grazie ai dati del sistema di Building Management si è potuto procedere con diversi interventi, come ad esempio l’aumento della temperatura di lavoro dell’acqua dei circuiti di raffreddamento finalizzati ad un’ottimizzazione dei consumi elettrici, con riduzione conseguente del consumo per raffreddamento pari al 15%.