Новый суперкомпьютер IBM с водяным охлаждением

В рамках совместной деятельности по разработке энергоэффективных вычислительных систем Швейцарский федеральный технологический институт в Цюрихе (ETH Zurich) и корпорация IBM объявили о планах создания первого в своем роде суперкомпьютера с водяным охлаждением, который будет направлять выделяемое тепло в здания университета. Как ожидается, эта инновационная система, получившая название Aquasar, позволит сократить выбросы в атмосферу углекислого газа на 85%, то есть на 30 тонн в год, в сравнении с другими суперкомпьютерами, в которых применяются традиционные технологии охлаждения.

Развертывание энергоэффективных вычислительных систем и центров обработки данных является делом чрезвычайно перспективным. Фактически, в центрах обработки данных с воздушным охлаждением до 50% потребляемой электроэнергии, а значит и связанных выбросов углекислого газа, приходится на энергоснабжение не вычислительных систем, а систем охлаждения, необходимых для предохранения процессоров от перегрева. Такая ситуация далека от идеальной, и требуется комплексный подход к повышению энергоэффективности.

<Вероятно, энергоснабжение станет первостепенной проблемой, с которой человечество будет сталкиваться в XXI веке. Мы не можем позволить себе и дальше проектировать вычислительные системы исходя только из таких критериев, как скорость и производительность, — объясняет доктор наук Димос Пуликакос (Dimos Poulikakos), профессор института ETH Zurich, руководитель Лаборатории термодинамики в новейших технологиях и руководитель по исследованиям в рамках этого междисциплинарного проекта. — Новой целью должно стать сочетание высокой производительности и низкого энергопотребления суперкомпьютеров и центров обработки данных. А это означает, что следует применять жидкостное охлаждение>.

Суперкомпьютер Aquasar с инновационной системой водяного охлаждения и использования выделяемого тепла, который будет установлен в институте ETH Zurich и, по планам, будет введен в эксплуатацию в 2010 году, позволит сократить общий объем потребляемой электроэнергии на 40%. Разработка этой системы основывается на многолетних совместных исследованиях сотрудников ETH и IBM в области водяного охлаждения на уровне процессоров, а также на концепции центров обработки данных с водяным охлаждением и повторным использованием электроэнергии, разработанной специалистами лаборатории IBM Zurich Lab.

Суперкомпьютер с водяным охлаждением будет состоять из двух систем BladeCenter в одной стойке и будет обеспечивать пиковую производительность около 10 терафлоп.

Каждый из blade-серверов будет снабжен высокоэффективными водяными охладителями для каждого процессора, а также системами входных и выходных трубок и соединениями, позволяющими легко подключать и отключать любой blade-сервер (см. иллюстрацию).

Вода является примерно в 4000 раз более эффективным хладагентом, по сравнению с воздухом, и обладает значительно более высокой теплопроводностью. Охлаждения на уровне процессора водой с температурой около 60оC будет достаточно для поддержания температуры процессора значительно ниже максимально допустимых 85оC. Такая высокая температура входящей охлаждающей жидкости будет приводить к еще большей температуре на выходе, которая в данном случае будет составлять около 65оC.

Трубки, выходящие из blade-серверов, будут подключены к системе трубок серверной стойки, которая, в свою очередь, будет связана с основной системой движения воды. Для охлаждения суперкомпьютера потребуется около 10 литров воды, а насос будет обеспечивать скорость потока примерно 30 литров в минуту. Вся система охлаждения представляет собой замкнутый контур: охлаждающая вода непрерывно нагревается процессорами, затем охлаждается до требуемой температуры, проходя через пассивный теплообменник, а выделяемое тепло передается в отопительную систему университета. Таким образом исключается потребность в используемых сегодня системах охлаждения, пожирающих огромное количество электроэнергии.

<Тепло — это товар, который необходим людям в повседневной жизни и который мы покупаем по высокой цене. Если мы сможем максимально эффективно обеспечивать прием и передачу тепла, выделяемого активными компонентами компьютерных систем, то мы сможем использовать это тепло для экономии электроэнергии и сокращения выбросов в атмосферу углекислого газа. Этот проект является важным этапом в создании энергоэффективных, свободных от выбросов углекислого газа вычислительных систем и центров обработки данных>, — объясняет Бруно Мишель (Bruno Michel), руководитель группы Advanced Thermal Packaging лаборатории IBM Zurich Research Laboratory.

Трехлетний совместный проект по разработке высокопроизводительных вычислительных систем с нулевыми выбросами в атмосферу углекислого газа

Проект реализуется в рамках программы IBM First-Of-A-Kind (FOAK), направленной на привлечение исследователей и клиентов IBM к изучению и пробному использованию новых технологий, помогающих справляться с реальными проблемами бизнеса. Эта деятельность осуществляется при поддержке специалистов подразделения IBM Switzerland и лаборатории IBM Research and Development Laboratory в Беблингене (Германия).

Разработка суперкомпьютера с водяным охлаждением является трехлетним совместным исследовательским проектом(<Прямое использование тепла, выделяемого суперкомпьютерами с водяным охлаждением: создание вычислительных систем и центров обработки данных с низким энергопотреблением, высокой производительностью и нулевыми выбросами в атмосферу углекислого газа>), который финансируется корпорацией IBM, институтом ETH Zurich и центром Swiss Competence Center for Energy and Mobility (CCEM). Часть ресурсов системы будет предоставлена для дальнейших исследований технологий охлаждения и эффективности учеными из институтов ETH Zurich и ETH Lausanne, центра Swiss Competence Center for Energy and Mobility и лаборатории IBM Zurich Research Lab.

Вычислительные возможности системы Aquasar являются очень важной частью исследований. Эта система будет использоваться лабораторией компьютерных технологий и проектирования вычислительных систем факультета компьютерных наук института ETH Zurich для моделирования потоков с целью изучения проблем, находящихся на пересечении нанотехнологий и гидродинамики. Кроме того, исследователи этой лаборатории, совместно со специалистами лаборатории IBM Zurich Lab, будут работать над повышением эффективности выполнения соответствующих алгоритмов в системе. Эта деятельность будет дополняться алгоритмами, разработанными другими участвующими в проекте исследовательскими лабораториями. Разработав этот суперкомпьютер, ученые намерены продемонстрировать, что эффективное решение важных научных проблем не обязательно усложняет проблемы использования электроэнергии и охраны окружающей среды, с которыми сталкивается человечество.