Aquasar
 Aquasar-kylsystemet appliceras på en QS22 Blade-servermodul . De två mikrokanalkylarna i mitten är anslutna direkt till processorerna, vilket möjliggör oöverträffad kylningseffektivitet.
| |
| Utvecklare |
ETH Lausanne , ETH Zürich , IBM |
|---|---|
| Typ | Superdatorplattformsprototyp _ |
| Utgivningsdatum | 2010 |
| CPU |
CELL (QS22-noder) Intel Xeon (HS22-noder) |
| Efterträdare | IBM PERCS |
Aquasar är en superdator (en högpresterande dator) prototyp skapad av IBM Labs i samarbete med ETH Zürich i Zürich , Schweiz och ETH Lausanne i Lausanne , Schweiz . Medan de flesta superdatorer använder luft som kylmedel, använder Aquasar varmt vatten för att uppnå sin stora datoreffektivitet. Tillsammans med att använda hett vatten som huvudkylvätska, ingår också en luftkyld sektion som kan användas för att jämföra kylningseffektiviteten för båda kylvätskorna. Jämförelsen kan senare användas för att förbättra varmvattenkylvätskans prestanda. Forskningsprogrammet kallades först för att vara: "Direkt användning av spillvärme från vätskekylda superdatorer: vägen till energibesparing, datorer med hög prestanda för utsläpp och datacenter." Spillvärmen som produceras av kylsystemet kan återvinnas i byggnadens värmesystem, vilket kan spara pengar. Med början 2009 introducerades och utvecklades det treåriga samarbetsprojektet i syfte att spara energi och vara miljösäker samtidigt som det levererade prestanda i toppklass.
Historia
Utveckling
Aquasar-superdatorn började användas vid Institutionen för mekanisk och processteknik, vid det schweiziska federala tekniska institutet i Zürich (ETH Zürich) 2010. ETH Zürich är en av två skolor som är förutom det schweiziska federala tekniska institutet med den andra skolan är ETH Lausanne. Hög energieffektivitet, miljövänlig datoranvändning och hög datorprestanda var några av huvudintressena i utvecklingen av Aquasar. En viktig del av att vara miljövänlig var fokus på att försöka minska produktionen av koldioxidutsläpp. 50 % av ett luftkylt datacenters energiförbrukning och koldioxidutsläpp kommer i själva verket från datacentrens kylsystem snarare än från själva beräkningsprocessen. Skapandet av Aquasar startade 2009. Det var en del av IBMs First-Of-A-Kind-program (FOAK) (ett program som uppmuntrar IBM-forskare och kunder att utveckla potentiella nya teknologier för att hjälpa till med verkliga problem i affärer). En annan superdator skulle senare använda samma idé om en varmvattenkylvätska i sin utveckling, SuperMUC -superdatorn. Framtida utveckling av kraftfullare superdatorer undersökte också möjligheterna att använda on-chip kylning som sin huvudsakliga kylkälla för att uppnå större datoreffektivitet.
Ytterligare utforskning av varmvattenkylvätska
En akademisk uppsats skriven 2018 undersökte de många möjligheterna att utveckla nya Exascale-datorer (en högre skala prestanda för superdatorer). Exascale superdatorer kommer att behövas i framtida datoranvändning vilket innebär att hög energieffektivitet och hög kylningseffektivitet behövs av dessa superdatorer för att uppnå toppprestanda. Forskarna tittade på möjligheten till "on-chip" kylning, inspirerad på grund av Aquasar superdator.
Kyl
Aquasar superdator använder "on-chip" kylning. Den använder en unik metod som använder mikrokanalkylare som är direkt anslutna till datorns bearbetningsenheter (huvudkretsarna som utför det mesta av datorns bearbetning) som producerar en del av den mest värme i datorsystemet. Mikrokanaler är små kanaler som har en diameter under 1 mm med den varma kylvätskan som rinner genom dem. Vattnets höga värmeledningsförmåga (förmågan att leda värme) och specifika värmekapacitet (mängden värme som krävs för att höja temperaturen på 1 gram med 1 °C) gör att varmvattenkylvätskan kan ställas in på cirka 60 °C (ungefär 140 °C) F). På grund av vattnets höga värmeledningsförmåga kan mer värme transporteras av vattnet bort från bearbetningsenheterna. Vatten har cirka 4 000 gånger större värmekapacitet än luft, vilket gör att värmetransporten fungerar mer effektivt. Den höga värmekapaciteten gör att vattnet absorberar en stor mängd värme. Vattentemperaturen gör att processenheterna kan arbeta under den maximala temperaturen på 85 °C (ungefär 185 °F).
Mekanisk beskrivning
Hårdvara
Aquasar innehåller vattenkylda IBM BladeCenter-servrar (IBM:s versioner av bare-bones-serverdatorn) och luftkylda IBM BladeCenter-servrar för att jämföra prestandan hos varmvattenkylvätskan och luftkylningen. De luftkylda och vattenkylda BladeCenters består av IBM BladeCenter H-chassi, med en kombination av IBM BladeCenter QS22-servrar och IBM BladeCenter HS22-servrar i båda BladeCenter-systemen. Systemet använder 6 teraflops (flops är en enhet som använder för att bestämma beräkningshastighet) och uppnår en energieffektivitet på cirka 450 megaflops per watt. Rörledningar ansluter de enskilda BladeCenter-servrarna till huvudnätverket där de sedan ansluts vidare till rörledningsnätet för vattentransport. Dessa rörledningar kan också kopplas bort och återanslutas. 10 liter vatten för kylning används med en pump, vilket ger ett flöde på cirka 30 liter per minut. Ett sensorsystem har också installerats i Aquasar-systemet för att ytterligare övervaka prestandan. Forskarna hoppas kunna optimera systemet med hjälp av informationen de får från dessa sensorer.
Värmeåtervinning
Varmvattenkylningssystemet är ett slutet system. Kylvätskan värms ständigt upp av processenheterna. Det varma vattnet kyls sedan ner via en värmeväxlare (ett sätt att överföra värme mellan vätskor). Den överförda värmen används sedan direkt i byggnadens värmesystem, såsom i ETH Zürich-byggnaden, vilket gör att värmen kan återanvändas effektivt. Upp till cirka 80 % av den producerade värmen återvinns och återanvänds för att värma upp byggnaderna. På SuperMUC- superdatorn används värmen som skapas av varmvattenkylvätskan för att ytterligare värma upp resten av campus, vilket sparar Leibniz-Rechenzentrum campus runt 1,25 miljoner USD per år. Cirka nio kilowatt termisk energi läggs in i värmesystemet där spillvärmen senare kommer att användas för att värma ETH Zürich-byggnaden.
Fördelar
Superdatordatacenter förbrukar 50 % av sina elbehov på sitt konventionella luftkylningssystem. Användningen av datorer över hela världen förbrukar uppskattningsvis 330 terawattimmar energi. Luftkylningssystemet är den främsta boven till superdatorernas höga energiförbrukning. Aquasar förbrukar cirka 40 % mindre energi än vanliga luftkylda superdatorer. Tillsammans med det gör möjligheten att återvinna värme tillbaka till värmesystemet att Aqusars koldioxidutsläpp kan minskas med cirka 85% eftersom färre fossila bränslen behövs för att förbrännas för att ge värme till värmesystemet. Låg energianvändning och vätskekylda superdatorer kan arbeta med cirka 3 gånger lägre energikostnad än luftkylda superdatorer i datacenter.
Se även