Аквасар

Аквасар
	Система охлаждения Aquasar применена к блейд-серверному модулю QS22 . Два микроканальных кулера в центре прикреплены непосредственно к процессорам, что обеспечивает беспрецедентную эффективность охлаждения.
Разработчик	ETH Лозанна , ; ETH Цюрих , ; ИБМ
Тип	суперкомпьютерной платформы Прототип
Дата выпуска	2010
Процессор	ЯЧЕЙКА (узлы QS22) ; Intel Xeon (узлы HS22)
Преемник	IBM ПЕРКС

Aquasar — это прототип суперкомпьютера (высокопроизводительного компьютера), созданный IBM Labs в сотрудничестве с ETH Zurich в Цюрихе , Швейцария , и ETH Lausanne в Лозанне , Швейцария . ^[1] В то время как большинство суперкомпьютеров в качестве охлаждающей жидкости используют воздух, Aquasar использует горячую воду для достижения высокой вычислительной эффективности. Наряду с использованием горячей воды в качестве основного хладагента также предусмотрена секция с воздушным охлаждением, которая используется для сравнения эффективности охлаждения обоих хладагентов. Позже это сравнение можно будет использовать для улучшения характеристик теплоносителя с горячей водой. Первоначально исследовательская программа называлась так: «Прямое использование отходящего тепла суперкомпьютеров с жидкостным охлаждением: путь к энергосбережению, компьютерам и центрам обработки данных с высокой производительностью по выбросам». Отходящее тепло, выделяемое системой охлаждения, можно повторно использовать в системе отопления здания, что потенциально позволяет сэкономить деньги. Начиная с 2009 года, трехлетний совместный проект был запущен и развит в интересах экономии энергии и обеспечения экологической безопасности при обеспечении высочайшего уровня производительности. ^[2]^[3]

История

Разработка

Суперкомпьютер Aquasar впервые начал использоваться на факультете машиностроения и технологического проектирования Швейцарского федерального технологического института Цюриха (ETH Zurich) в 2010 году. ETH Zurich — одна из двух школ, входящих в состав Швейцарского федерального технологического института. другая школа - ETH Lausanne. Высокая энергоэффективность , экологически чистые вычисления и высокая вычислительная производительность были одними из основных интересов при разработке Aquasar. Ключевой частью заботы об окружающей среде было стремление снизить выбросы углекислого газа. 50% энергопотребления центров обработки данных с воздушным охлаждением и выбросов углекислого газа на самом деле происходит из-за системы охлаждения центров обработки данных, а не из-за реального вычислительного процесса. Создание Aquasar началось в 2009 году. Он был частью первой в своем роде программы IBM (FOAK) (программы, поощряющей исследователей и клиентов IBM разрабатывать потенциальные новые технологии для решения реальных проблем в бизнесе). ^[2] Другой суперкомпьютер позже использовал ту же идею горячего водяного хладагента в своих разработках — суперкомпьютер SuperMUC . Будущая разработка более мощных суперкомпьютеров также позволила изучить возможности использования встроенного охлаждения в качестве основного источника охлаждения для достижения большей эффективности компьютера. ^{[ нужна ссылка ]}

Дальнейшее исследование теплоносителя на горячей воде

В академической статье, написанной в 2018 году, исследовались многочисленные возможности разработки новых экзафлопсных вычислений (более масштабная производительность суперкомпьютеров). В будущих вычислениях потребуются экзафлопсные суперкомпьютеры, а это означает, что для достижения максимальной производительности от этих суперкомпьютеров потребуются высокая энергоэффективность и высокая эффективность охлаждения. Ученые рассмотрели возможность «встроенного» охлаждения, вдохновленные суперкомпьютером «Аквасар». ^[4]

Охлаждение

Суперкомпьютер «Аквасар» использует «внутрикристальное» охлаждение. ^[4] Он использует уникальный метод, в котором используются микроканальные охладители, которые непосредственно подключаются к процессорам компьютера (основным схемам, выполняющим большую часть обработки компьютера), которые производят большую часть тепла в компьютерной системе. ^[2] Микроканалы — это небольшие каналы диаметром менее 1 мм, по которым течет теплая охлаждающая жидкость. воды Высокая теплопроводность (способность проводить тепло) и удельная теплоемкость (количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 грамма на 1 °С) позволяют устанавливать температуру теплого водяного теплоносителя примерно 60 °С (примерно 140 °С). Ф). Из-за высокой теплопроводности воды вода может уносить больше тепла от технологических установок. Вода имеет примерно в 4000 раз большую теплоемкость, чем воздух, что позволяет осуществлять перенос тепла более эффективно. ^[3] Высокая теплоемкость позволяет воде поглощать большое количество тепла. Температура воды позволяет блокам обработки работать ниже максимальной температуры 85 °C (примерно 185 °F). ^[2]

Механическое описание

Аппаратное обеспечение

Aquasar содержит серверы IBM BladeCenter с водяным охлаждением (версии простого серверного компьютера IBM) и серверы IBM BladeCenter с воздушным охлаждением, чтобы противопоставить производительность горячего водяного охлаждения и воздушного охлаждения. BladeCenter с воздушным и водяным охлаждением состоят из шасси IBM BladeCenter H с использованием комбинации серверов IBM BladeCenter QS22 и серверов IBM BladeCenter HS22 в обеих системах BladeCenter. ^[2] Система использует 6 терафлопс (флопс — это единица измерения скорости вычислений) и достигает энергоэффективности около 450 мегафлопс на ватт. ^[2]^[5] Трубопроводы соединяют отдельные серверы BladeCenter с основной сетью, где они затем подключаются к сети трубопроводов транспортировки воды. Эти трубопроводы также можно отключать и снова подключать. Для охлаждения используется 10 литров воды с помощью насоса, производящего расход примерно 30 литров в минуту. ^[5] В систему «Аквасар» также была установлена сенсорная система для дальнейшего контроля производительности. Ученые надеются оптимизировать систему, используя информацию, которую они получают от этих датчиков. ^[3]

Переработка тепла

Система водяного охлаждения представляет собой замкнутую систему. Теплоноситель постоянно подогревается блоками обработки. Затем теплая вода снова охлаждается через теплообменник ( способ передачи тепла между жидкостями). Передаваемое тепло затем напрямую используется в системе отопления здания, например, в здании ETH Zurich, что позволяет эффективно повторно использовать тепло. ^[5] Около 80% производимого тепла улавливается и повторно используется для отопления зданий. ^[6] В суперкомпьютере SuperMUC тепло, создаваемое горячей водой-хладагентом, используется для дальнейшего обогрева остальной части кампуса, экономя кампусу Leibniz-Rechenzentrum около 1,25 миллиона долларов США в год. Около девяти киловатт тепловой энергии подается в систему отопления, а отходящее тепло позже будет использоваться для обогрева здания ETH Zurich. ^[5]

Преимущества

Суперкомпьютерные центры обработки данных тратят 50% своих потребностей в электроэнергии на традиционную систему воздушного охлаждения. Использование компьютеров во всем мире потребляет около 330 тераватт-часов энергии. ^[3] Система воздушного охлаждения является основным виновником высокого энергопотребления суперкомпьютеров. ^[7] Aquasar потребляет примерно на 40% меньше энергии, чем обычные суперкомпьютеры с воздушным охлаждением. Наряду с этим, способность рециркулировать тепло обратно в систему отопления позволяет Aqusar сократить выбросы углекислого газа примерно на 85%, поскольку для обеспечения тепла в системе отопления необходимо сжигать меньше ископаемого топлива. ^[2] Суперкомпьютеры с низким энергопотреблением и жидкостным охлаждением могут работать примерно в 3 раза с меньшими затратами энергии, чем суперкомпьютеры центров обработки данных с воздушным охлаждением. ^[7]

См. также

Суперкомпьютеры в Европе

Ссылки

^ «Суперкомпьютер IBM с горячей водой заработал» . Знания о центрах обработки данных | Новости и аналитика индустрии центров обработки данных . 05.07.2010 . Проверено 6 июля 2023 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г «Сделано в лабораториях IBM: суперкомпьютер IBM с водяным охлаждением запущен в эксплуатацию в ETH Zurich» . www-03.ibm.com . 2 июля 2010 г. Проверено 26 октября 2020 г.
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д «ETH Zurich: новый суперкомпьютер с водяным охлаждением Aquasar введен в эксплуатацию» . Наука|Бизнес . Проверено 26 октября 2020 г.
^ Jump up to: ^а ^б Форначари, Уильям; Эрнандес, Карлес; Кульчевский, Михал; Либутти, Симона; Мартинес, Хосе Мария; Массари, Джузеппе; Олексиак, Ариэль; Пупыкина, Анна; Регензани, Федерико; Торнеро, Рафаэль; Занелла, Мишель (2018). «Надежное прогнозирующее управление гетерогенными экзафлопсными системами с учетом ограничений по мощности и времени» . Материалы 18-й Международной конференции «Встраиваемые компьютерные системы: архитектура, моделирование и моделирование» . Пифагорион, Греция: ACM Press. стр. 187–194. дои : 10.1145/3229631.3239368 . ISBN 978-1-4503-6494-2 . S2CID 58004170 .
^ Jump up to: ^а ^б ^с ^д «Суперкомпьютер IBM с горячей водой заработал» . Знание дата-центра . 05.07.2010 . Проверено 26 октября 2020 г.
^ Циммерманн, Северин; Мейер, Ингмар; Тивари, Маниш К.; Паредес, Стефан; Мишель, Бруно; Пуликакос, Димос (1 июля 2012 г.). «Аквазар: ЦОД с водяным охлаждением и прямым повторным использованием энергии» . Энергия . 2-е Международное совещание по более чистому сжиганию (CM0901-Подробные химические модели более чистого сгорания). 43 (1): 237–245. Бибкод : 2012Ene....43..237Z . дои : 10.1016/j.energy.2012.04.037 . ISSN 0360-5442 .
^ Jump up to: ^а ^б Рух, Патрик; Бруншвилер, Томас; Паредес, Стефан; Мейер, Ингмар; Мишель, Бруно (2013). «Дорожная карта по созданию максимально эффективных центров обработки данных дзета-масштаба» . Конференция и выставка «Проектирование, автоматизация и испытания в Европе» (ДАТА), 2013 г. Гренобль, Франция: Публикации конференции IEEE: 1339–1344. дои : 10.7873/ДАТА.2013.276 . ISBN 978-1-4673-5071-6 .

[1] «Суперкомпьютер IBM с горячей водой заработал» . Знания о центрах обработки данных | Новости и аналитика индустрии центров обработки данных . 05.07.2010 . Проверено 6 июля 2023 г.

[:02-2] Jump up to: ^а ^б ^с ^д ^и ^ж ^г «Сделано в лабораториях IBM: суперкомпьютер IBM с водяным охлаждением запущен в эксплуатацию в ETH Zurich» . www-03.ibm.com . 2 июля 2010 г. Проверено 26 октября 2020 г.

[:22-3] Jump up to: ^а ^б ^с ^д «ETH Zurich: новый суперкомпьютер с водяным охлаждением Aquasar введен в эксплуатацию» . Наука|Бизнес . Проверено 26 октября 2020 г.

[:4-4] Jump up to: ^а ^б Форначари, Уильям; Эрнандес, Карлес; Кульчевский, Михал; Либутти, Симона; Мартинес, Хосе Мария; Массари, Джузеппе; Олексиак, Ариэль; Пупыкина, Анна; Регензани, Федерико; Торнеро, Рафаэль; Занелла, Мишель (2018). «Надежное прогнозирующее управление гетерогенными экзафлопсными системами с учетом ограничений по мощности и времени» . Материалы 18-й Международной конференции «Встраиваемые компьютерные системы: архитектура, моделирование и моделирование» . Пифагорион, Греция: ACM Press. стр. 187–194. дои : 10.1145/3229631.3239368 . ISBN 978-1-4503-6494-2 . S2CID 58004170 .

[:1-5] Jump up to: ^а ^б ^с ^д «Суперкомпьютер IBM с горячей водой заработал» . Знание дата-центра . 05.07.2010 . Проверено 26 октября 2020 г.

[6] Циммерманн, Северин; Мейер, Ингмар; Тивари, Маниш К.; Паредес, Стефан; Мишель, Бруно; Пуликакос, Димос (1 июля 2012 г.). «Аквазар: ЦОД с водяным охлаждением и прямым повторным использованием энергии» . Энергия . 2-е Международное совещание по более чистому сжиганию (CM0901-Подробные химические модели более чистого сгорания). 43 (1): 237–245. Бибкод : 2012Ene....43..237Z . дои : 10.1016/j.energy.2012.04.037 . ISSN 0360-5442 .

[:3-7] Jump up to: ^а ^б Рух, Патрик; Бруншвилер, Томас; Паредес, Стефан; Мейер, Ингмар; Мишель, Бруно (2013). «Дорожная карта по созданию максимально эффективных центров обработки данных дзета-масштаба» . Конференция и выставка «Проектирование, автоматизация и испытания в Европе» (ДАТА), 2013 г. Гренобль, Франция: Публикации конференции IEEE: 1339–1344. дои : 10.7873/ДАТА.2013.276 . ISBN 978-1-4673-5071-6 .

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]