Shell、ヒューストン データセンターにおいて、運用時の二酸化炭素排出量をネットゼロに抑制しながら高性能コンピューティングの性能を大幅に向上

Shell のヒューストン データセンター、二酸化炭素の排出を抑えながら高性能コンピューティングの性能を大幅に向上

データセンターの役割は、サプライ チェーン間の連携、コラボレーションとイノベーションの実現、情報セキュリティの維持、社会や経済の円滑化です。

一方、AI、機械学習、モノのインターネットなどのデータ処理の負荷が高いテクノロジの使用は、サーバーの設置スペースを拡大させ、現代のデータセンターに対する需要の増大を加速させています。
Shell plc (Shell Group) は、エネルギーを多く消費するユーザーとしても、プロバイダーとしても、これらの課題に直面しています。自社のデータセンターの管理において、IT 部門は、コストと持続可能性の目標に照らし合わせてパフォーマンスを調整する必要があることを認識しています。最近では、Shell Information Technology International (Shell IT) は、ヒューストン データセンター内のハイパフォーマンス コンピューティング (HPC) クラスターで、AMD EPYC プロセッサと浸漬冷却技術を組み合わせた Penguin Computing Altus サーバーが、コストに対するパフォーマンスを最適化し、システム効率を革新するための不可欠な要素となったことを確認しています。

演算能力に対するニーズの高まりに応える

「Shell Group は、2050 年までに温室効果ガス排出量ゼロ企業になる目標を設定しました」と Shell Energy のグローバル サステナビリティ パートナーシップ テクノロジ & エネルギー部門の責任者、Sjors van de Rijt 氏は述べています。「私たちは、この取り組みにいくつかの役割を担っています。当社の活動は、エネルギー生産者および供給者としての役割から、エネルギーの消費者としての役割、そして変化のパートナーとしての役割まで多岐にわたります。Shell IT の HPC チームは、これらの目標を達成するために、さまざまな活動をサポートしています。Shell IT が提供する重要な要素は、石油および天然ガスの効率的な探査と生産のための計算設備の提供です。私たちのコンピューティング ニーズは、幅広いデジタル施策を支える役割も拡大しており、その一例として、地域社会をより安全でクリーンかつスマートにつなぐことのできる革新的な電気自動車 (EV) 充電ソリューションがあります」

デジタル ソリューションは、Shell Group のビジネスの重要な部分であり、同社とお客様の持続可能性目標の両方の基本的なイネーブラーです。「テクノロジでクリーンなエネルギー システムの新たな可能性を引き出せるため、既存の運用を最適化し、排出ガスを追跡してより正確に報告できるようになります」と、van de Rijt 氏は言います。「デジタル化はデータやワークロードの増加を意味し、それにはより多くの電力が必要となります。また、システム パフォーマンス、コスト、カーボン フットプリントへの影響は、Shell Energy 内の私のチームが顧客と協力して対応に取り組んでいる課題でもあります」

「Shell Group はデータ、データ ストレージ、データ分析を大量に消費しており、それらは機械学習や AI に活用されています」と、Shell IT のハイパフォーマンス コンピューティング マネージャーである David Baldwin 氏は述べています。「私たちはクラウド プラットフォーム、オンプレミス サービス、デジタル ツインのユーザーであり、購入者でもあります。Shell Energy は、テクノロジ業界向けのエネルギーおよび効率性向上ソリューションも市場に投入しています。私たちはそのバリュー チェーンのあらゆる部分に関わっています」

「私たちはさまざまなアプリケーションを使用しています」と Baldwin 氏は語ります。「これには、地震処理、石油やガスの貯蔵、二酸化炭素回収目標などの上流アプリケーションが含まれます。また、計算化学、流体力学、貯水池工学、スマート グリッド、AI、機械学習など、あらゆるものをサポートしています。これらのすべてのアプリケーションで、パフォーマンスとコスト効率を最適化するようにシステムを微調整します。スマートな制御、仮想化ソフトウェア、人工知能 (AI) を実装して、ワークロードのインテリジェントな管理、コンピューティング タスクの均等な分散、使用率の最大化を支援しています」

「会社には数十年にわたって蓄積されたデータがあります。このデータを処理することは、特にプロセッサ チップの消費電力が増加し続ける中で、消費電力に関する大きな課題となっています」と Baldwin 氏は続けます。

Shell のヒューストン データセンターは、Shell Energy North America が提供する 100% の再生可能電力をすでに利用しています。Shell IT の HPC チームの課題は、パフォーマンスを向上させながら電力使用効率 (PUE) 比を下げる方法です。これが、AMD EPYC プロセッサと浸漬冷却技術を搭載した Penguin Computing Altus サーバーへのアップグレードのきっかけとなりました。「Penguin は、世界で最も要求の厳しいワークロードを実行する大規模な HPC クラスターの構築と展開に 25 年の経験があります」と、Penguin Solutions の最高技術責任者、Phil Pokorny 氏は述べています。「当社との技術提携により、浸漬冷却のような新しいテクノロジの統合をリードできます」

データセンター冷却の問題を解決する

Shell IT と AMD EPYC プロセッサとの関係は、6 年前に遡ります。「当社が切り替えた理由は、アプリケーションのほとんどがメモリ帯域幅に制限があり、その点で AMD EPYC チップに優位性があったからです」と Baldwin 氏は語ります。これを契機に、Shell IT は、テクノロジ パートナーとしての Penguin Solutions との関係が始まりました。「私たちは Penguin を通じて、新しいテクノロジを早い段階で利用できます」

Shell IT は Penguin と協力して、消費電力が増加するプロセッサを冷却する方法を模索しました。「CPU からのメモリ帯域幅を非常に広くしようと考えています」と Baldwin 氏は語ります。「私たちは常に最上位のプロセッサか、その次のクラスのプロセッサを選んでいます。過去 6 年間だけでも、140 ワットのチップから 360 ワットのチップに変わりました。このため、空冷だけでは十分ではなくなりました。ダイレクト チップ液冷を導入しましたが、次のステップとして浸漬冷却が必要だと感じました。私たちは、パフォーマンス、効率性、持続可能性の面で可能な限りを追求し続けています」

「ダイレクト チップ液冷では、サーバー内の熱のおよそ 3 分の 2 を処理できますが、この熱の発生源は主に CPU です」と Baldwin 氏は語ります。「残りの 3 分の 1 は空冷で処理していますが、これは非効率的です。帯域幅の拡大に伴い、メモリとネットワークの消費電力が増加しています。それに、ストレージ デバイスの存在もあります。浸漬冷却では、すべてを絶縁性液体 (誘電体) に浸します。液体は空気よりも熱の吸収が 1,000 倍以上高いため、熱を吸収する能力が飛躍的に向上し、発生するすべての熱に対処できるようになります」

Shell IT は、新しいヒューストンのデータセンターに 864 台のデュアルソケット システムを設置し、96 コアの第 4 世代 AMD EPYC 9654 CPU を採用しており、合計で 1,728 個のプロセッサと 165,888 個のコアを導入しています。「第 3 世代から第 4 世代 AMD チップへの移行は大きな変化でした」と Baldwin 氏は語ります。「できることが非常に多くなりました。コア数とメモリを増やすことができました。そして、投資からより多くの価値を得られるようになりました」このことから、効果的な冷却が必要なことがわかります。「チップのコア数が増え、消費電力が高くなるにつれて、当社のデータセンターのラックあたりの消費電力も増加しています。空冷の場合は、ラックあたりおよそ 30 kW で稼働しています。ダイレクト チップ液冷ではラックあたり約 60 kW で稼働でき、新しい浸漬冷却マシンはラックあたり約 100 kW で稼働しています」

浸漬冷却の性能上のメリット

「約 2 年前、アムステルダムにある Shell のデータセンターに、ハイパフォーマンス コンピューティング クラスター用の集中冷却システムを導入しました」と Baldwin 氏は語ります。「いずれも Shell の浸漬冷却液を使用していますが、ヒューストンでの最新の導入は規模がかなり大きく、Shell Energy が提供する再生可能電力やスマート エネルギー管理ソリューションの恩恵も受けています」Shell Lubricants は、データセンター向けの浸漬冷却液の新境地のパイオニアであり、Shell Energy とともにこれらの導入を活用して、エンタープライズレベルの HPC に適した、完全に統合され、最適化された、拡張性の高いソリューションを実証しています。「Shell のビジネスは、お客様とまったく同じく、当社独自のデータ ホスティングとエネルギーのニーズという多くの課題に直面しています」と、van de Rijt 氏は語ります。「これにより、ビジネスと持続可能性の目標を達成するために役立つと思われる製品やサービスについての直接の知識を得られるため、テクノロジ業界などのリーディング カンパニーを支援するという独自のポジションを確立しています」

ラックあたりの消費電力は全体として増加していますが、AMD EPYC プロセッサは、コア密度が高いため、同等の性能を得るためにデータセンターの設置スペースを広げざるを得ない空冷式に比べて、はるかに効率的なソリューションとなっています。「設置スペースが大きくなると、データセンター内の空気を管理するのが難しくなります」と Baldwin 氏は語ります。「ホットスポットが発生してしまいます。ネットワークにも課題があります。コンピューター間の間隔をあけるようにすると、必要になる光ファイバー ケーブルの数が増えるため、価格が跳ね上がります。浸漬冷却であれば、より多くのノードを電力の密度がより小さい設置スペースにまとめることができます」

データセンターの運営者である Baldwin 氏は、浸水冷却が将来の技術であると考えています。「Penguin Solutions は、Shell IT のビジネス目標と持続可能性目標を AMD とともに達成するために、適切なテクノロジを組み合わせることに貢献してきました。価格、パフォーマンス、メモリ帯域幅のどれをとっても、AMD EPYC CPU は私たちのニーズに最適なワールドクラスの製品です」