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

przez | 29/06/2009

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.

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®