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Heißes Wasser hilft einem supereffizienten Supercomputer, kühl zu bleiben
Wenn es um Supercomputer geht, geht es nicht nur um rohe PS. Die Begrenzung des Energieverbrauchs ist zu einer der größten technischen Herausforderungen bei der Entwicklung leistungsfähigerer und schnellerer Supercomputer geworden.
Ein Computer-Rendering des neuen Supercomputers. Kredit: IBM.
Das Leibniz-Rechenzentrum gab heute bekannt, dass sein in Zusammenarbeit mit IBM gebauter Supercomputer SuperMUC (MUC ist der Flughafencode des nahegelegenen Münchner Flughafens) 40 Prozent weniger Energie verbraucht als eine vergleichbare Maschine. Der Trick zur drastischen Senkung des Energieverbrauchs ist die Wasserkühlung, ein Ansatz, den IBM weiterhin verfolgt, um mehr Rechenleistung in kleinere Pakete zu packen.
Wasserkühlungssysteme von Computern zirkulieren Wasser über aktive Komponenten wie Prozessoren und Speicher, um Wärme abzuleiten. Oft müssen diese Kühlsysteme die Temperatur des einlaufenden Wassers senken, bevor es zirkuliert wird, so das Leibniz-Rechenzentrum . Aber der SuperMUC kann mit heißem Wasser bis zu 40°C (über 100°F) betrieben werden. Das bedeutet, dass das austretende Warmwasser durch Umgebungsluft oder durch einen Wärmeaustausch anstelle von Kompressorkühlgeräten gekühlt werden kann.
In der Leibniz-Anlage wird das vom Supercomputer erwärmte Wasser durch einen Wärmetauscher zirkuliert und im Winter dazu verwendet, das Gebäude warm zu halten. Das Zentrum schätzt, dass auf diese Weise jährlich etwa eine Million Euro eingespart werden. Bei aller Energieeffizienz ist SuperMAC jedoch kein Trottel in der Rechenabteilung: Ausgestattet mit mehr als 150.000 Prozessorkernen in 9.400 Rechenknoten und mehr als 300 Terabyte Arbeitsspeicher ist er mit einer Spitzenleistung von drei Petaflops der schnellste Supercomputer Europas, oder 10.000.000.000.000.000 Gleitkommaoperationen pro Sekunde.
Die grundlegende Computerkühltechnologie namens Aquasar stammt aus dem Zürcher Labor von IBM Research. Kleine Rohre, sogenannte Mikrokanäle, leiten Wasser direkt an die Oberfläche von Serverprozessoren. Sobald das Wasser abgekühlt ist, kann es umgewälzt werden, um die Wärme wieder abzuführen.
IBMs x iDataPlex dx360 M4 Server-Kühlsystem. Kredit: IBM.
An der Wasserkühlung wird seit Jahren gearbeitet, aber in einem typischen Rechenzentrum oder einem Supercomputer werden die Temperaturen von Servern und anderen Geräten dadurch kontrolliert, dass kühle Luft über die Racks geleitet wird. Die Kühlung macht etwa die Hälfte des Energieverbrauchs dieser großen Rechenzentren aus.
Eine energieeffiziente Rechenarchitektur sei wichtig für das umweltbewusste Deutschland, sagt Herbert Huber vom Leibniz-Rechenzentrum. Deutschland ist sehr grün, daher ist Energie- und Machtbewusstsein ein entscheidender Aspekt, er sagte .
Im Allgemeinen werden Techniken zur Verwaltung des Energieverbrauchs und der Spitzenleistung immer wichtiger, da Designer versuchen, leistungsfähigere Computer auf kleinerem Raum unterzubringen. Aufgrund seines energieeffizienten Designs ist SuperMAC zehnmal kompakter und hat eine bessere Spitzenleistung als eine vergleichbare luftgekühlte Maschine, so das Leibniz-Rechenzentrum.
IBM erwartet eine Heißwasserkühlung von zentral für zukünftige Supercomputer , einschließlich dreidimensionaler Chiparchitekturen, bei denen mehrere Prozessoren übereinander gestapelt sind. Forscher arbeiten an winzigen Röhren mit einem Durchmesser von nur 50 Mikrometern, die zwischen den Prozessorstapeln eingebettet sind. laut IBM Research . Mit Wasserkühlung prognostiziert IBM, dass bis 2025 ein Supercomputer in das Gehäuse eines 2012er Desktop-Computers passen könnte.
Die Wasserkühlung sitzt auf dem SuperMUC. Bildnachweis: IBM