IBM и ETH разрабатывают суперкомпьютер 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; выделяемое им тепло будет направляться в здания университета. Как ожидается, эта инновационная система, получившая название Aquasar, позволит сократить выбросы в атмосферу углекислого газа на 85% (т. е. на 30 т в год) в сравнении с другими суперкомпьютерами, в которых применяются традиционные технологии охлаждения.

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

Как полагают в ETH Zurich, энергоснабжение может стать первостепенной проблемой для человечества в XXI веке, поэтому нельзя и дальше проектировать вычислительные системы исходя только из критериев скорости и производительности. Новой целью разработчиков должно стать сочетание высокой производительности и низкого энергопотребления суперкомпьютеров и ЦОД, а это означает, что следует применять жидкостное охлаждение.

Суперкомпьютер Aquasar с инновационной системой водяного охлаждения и с использованием выделяемого тепла, который будет установлен в институте ETH Zurich, по планам, будет введен в эксплуатацию в 2010 г. и 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 ЦОД 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, обеспечивая пиковую производительность около 10 TFLOPS. Каждый из блейд-серверов будет снабжен высокоэффективными водяными охладителями для каждого процессора, а также системами входных и выходных трубок и соединениями, позволяющими легко подключать и отключать любой сервер.

Вода как хладагент примерно в 4000 раз эффективнее воздуха 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 давать на выходе еще большую температуру – около 65оC.

Трубки, выходящие из блейд-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 л воды, а насос будет обеспечивать скорость потока примерно 30 л 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, потребляющих огромное количество электроэнергии.

Разработка суперкомпьютера с водяным охлаждением – это трехлетний совместный исследовательский проект под названием Direct Re-Use of Waste Heat from Liquid-Cooled Supercomputers: Towards Low Power, High Performance, Zero-Emission Computing and Datacenters («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 ученым из институтов ETH Zurich и ETH Lausanne, центра Swiss Competence Center for Energy and Mobility и лаборатории IBM Zurich Research Lab.

Вычислительная система Aquasar 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.