IBM i Szwajcarska Politechnika Federalna w Zurychu zaprezentowały plan budowy nowego typu superkomputera chłodzonego wodą

IBM i Szwajcarska Politechnika Federalna w Zurychu (ETH) poinformowały o planach budowy pierwszego superkomputera chłodzonego wodą, który będzie w stanie wykorzystać ciepło wydalane w trakcie pracy do ogrzewania budynków uniwersyteckich. Celem przedsięwzięcia jest opracowanie technologii komputerowej świadomej energetycznie. Innowacyjny system Aquasar sprawi, że roczny ślad emisji dwutlenku węgla powstały w wyniku zasilania komputera spadnie nawet o 85%, co oznacza emisję mniejszą nawet o 30 ton w porównaniu do podobnych systemów używających dzisiejszych technologii chłodzenia.¹

Uczynienie systemów komputerowych wydajnymi energetycznie jest ogromnym przedsięwzięciem.

Nawet do 50% przeciętnego śladu emisji dwutlenku węgla lub zużycia energii, generowanej przez centra danych chłodzone powietrzem nie jest wytwarzane w trakcie pracy, ale po to, aby systemy chłodzące powstrzymały procesory przed przegrzaniem. Ta sytuacja jest daleka od optymalnej, biorąc pod uwagę wydajność energetyczną w całościowej perspektywie.

- Energia jest z pewnością największym wyzwaniem, przed jakim staje ludzkość w XXI wieku. Nie możemy już sobie pozwolić na projektowanie systemów komputerowych opierających się tylko o prędkość obliczeniową i działanie – wyjaśnia profesor D. Poulikakos z Politechniki Federalnej w Zurychu, szef Laboratorium Termodynamiki w Nowoczesnych Technologiach i główny prowadzący ten interdyscyplinarny projekt. – Nowym celem jest wysoka jakość działania i jednocześnie niska konsumpcja netto energii przez superkomputery i centra danych. A to oznacza chłodzenie cieczą – dodaje profesor D. Poulikakos.

Wykorzystujący innowacyjny system chłodzenia wodą i ponowne wykorzystanie wytworzonego ciepła, nowy superkomputer Aquasar będzie umieszczony na Politechnice Federalnej w Zurychu i rozpocznie działanie w 2010 r. Jego wykorzystanie zmniejszy zużycie energii o 40%. System wykorzystuje wieloletnie wspólne badania naukowców z Politechniki Federalnej i IBM nad systemem chłodzenia mikroprocesorów jak również koncepcję centrów danych chłodzonych wodą i wykorzystujących energię wytworzoną w trakcie pracy, rozwiniętą przez naukowców z Laboratorium IBM w Zurychu.

Chłodzony wodą superkomputer będzie się składał z dwóch serwerów IBM BladeCenter® w jednym stelażu i będzie mieć maksymalną moc obliczeniową na poziomie 10 teraflopów.²

Każdy z serwerów typu blade będzie wyposażony w wysokiej jakości system chłodzenia w mikroskali, chłodzący każdy procesor, ja również w sieć kanalików i połączeń wchodzących i wychodzących, które umożliwią łatwe połączenie i rozłączenie każdego serwera z systemem.

Woda jako ciecz chłodząca ma zdolność do przewodzenia ciepła cztery tysiące razy większą niż powietrze, a możliwości jej wykorzystania do transportu ciepła są też dużo lepsze. Chłodzenie na poziomie procesora wodą o przeciętnej temperaturze 60°C jest wystarczające, aby utrzymać temperaturę pracy procesora znacznie poniżej maksymalnej dopuszczalnej temperatury 85°C. Wysoka początkowa temperatura cieczy chłodzącej jest nawet wyższa niż temperatura cieczy końcowej, która będzie wynosić ok. 65°C.

Rurki chłodzące pojedynczych elementów serwera łączą się w większą sieć stelaża serwera, które w konsekwencji łączą się z główną siecią transportu wody. Superkomputer chłodzony wodą będzie potrzebował około 10 litrów wody do chłodzenia i pompy zapewniającej stabilny przepływ wody na poziomie 30 litrów na minutę. Cały system chłodzenia stanowi obwód zamknięty: woda chłodząca jest ogrzewana stale przez procesory i następnie chłodzona do wymaganej temperatury kiedy przechodzi przez pasywny wymiennik ciepła, dostarczając usunięte ciepło to systemu ogrzewania uczelni. To eliminuje zapotrzebowanie na dzisiejsze energochłonne urządzenia chłodzące.

- Ciepło jest wartościowym dobrem, na które liczymy i za które płacimy słono w naszym codziennym życiu. Jeśli uda nam się pochwycić i przetransportować ciepło wytwarzane przez działające części komputera w sposób najbardziej wydajny z możliwych, uda nam się ograniczyć zużycie energii i emisję dwutlenku węgla. Ten projekt stanowi znaczący krok naprzód w kierunku energooszczędnych i niskoemisyjnych centrów danych i komputerów – wyjaśnia doktor Bruno Michel, Manager Advanced Thermal Packaging w IBM Zurich Research Laboratory.

Trzy lata wspólnych badań na rzecz niskoemisyjnych komputerów wysokiej klasy

Z perspektywy przemysłu, projekt jest częścią programu IBM First-Of-A-Kind, który angażuje naukowców i klientów do odkrywania i rozwoju nowych technologii, które odpowiadają na realne problemy świata biznesu. Stało się to możliwe dzięki wsparciu IBM Szwajcaria oraz Laboratorium Badawczo-Rozwojowego IBM w Boeblingen w Niemczech.

Badanie nad superkomputerami chłodzonymi cieczą jest efektem trzyletniej współpracy IBM, Szwajcarskiej Politechniki Federalnej w Zurychu i Szwajcarskiego Centrum Kompetencji na rzecz Energii i Mobilności (Swiss Competence Center for Energy and Mobility (CCEM)), w ramach projektu „Direct Re-Use of Waste Heat from Liquid-Cooled Supercomputers: Towards Low Power, High Performance, Zero-Emission Computing and Datacenters”. Część projektu będzie poświęcona dalszym badaniom nad technologią i zwiększeniem wydajności chłodzenia. Badania będą prowadzić naukowcy z Politechniki Federalnej w Zurychu, Politechniki Federalnej w Lozannie, Szwajcarskiego Centrum Kompetencji na rzecz Energii i Mobilności oraz laboratorium badawczego IBM w Zurychu.

Zagadnienie mocy obliczeniowej superkomputera Aquasar jest bardzo ważną częścią badania. Aquasar będzie wykorzystywany w Laboratorium Obliczeniowym i Inżynieryjnym Wydziału Nauk Komputerowych Politechniki Federalnej w Zurychu do wielkoskalowych symulacji przepływu w celu badania problemów jakie pojawiły się na styku interfejsu i nanotechnologii dynamiki płynów. Badacze z tego laboratorium we współpracy z laboratorium IBM w Zurychu będą także pracować nad optymalizacją wydajności, z którą odpowiednie algorytmy działają w obrębie systemu. Te działania będą uzupełnione algorytmami z innych laboratoriów badawczych biorących udział w projekcie. Dzięki temu superkomputerowi naukowcy będą mogli zaprezentować zdolność do rozwiązywania ważnych problemów naukowych w wydajny sposób, bez ubocznego efektu w postaci większego zużycia energii i niekorzystnych zmian energetycznych i środowiskowych, jakim ludzkość musi stawić czoła.

¹ Dane w oparciu o kryteria offsetu węglowego z Protokołu z Kioto. Ograniczenie emisji dwutlenku węgla o 30 ton jest oparte o szacunkową średnioroczną ilość paliw kopalnych niezbędnych do działania systemu i dostarczenia energii potrzebnej do ogrzania budynków.

² Serwery BladeCenter® zawierające procesory QS22 IBM PowerXCell 8i oraz serwery HS22 z procesorem Intel Nehalem. W dodatku, trzeci serwer BladeCenter® chłodzony wodą będzie służył jako system referencyjny do dokonywania pomiarów. Wszystkie dane podane w tej informacji prasowej mają charakter orientacyjny i odnoszą się do chłodzonych wodą serwerów IBM BladeCenter®

Źródło: IBM