Wie kann heißes Wasser einen Supercomputer kühlen?

Wenn Sie darüber nachdenken, hat sich die Computertechnik immer darauf konzentriert, die Größe zu verringern und Bedenken hinsichtlich der Hitze zu verringern, genauso wie sie sich auf die Erhöhung der Rechenleistung konzentriert hat. Das gilt unabhängig davon, ob Sie von einem Laptop, einem massiven Mainframe oder sogar Ihrem Tablet sprechen , aber echte Sprünge in der Nützlichkeit, umweltfreundliche Technologie und Größenbeschränkungen sind auf der Supercomputing-Skala noch wichtiger als bei den Dingen, die wir täglich verwenden.

Im Juli 2012 stellten Ingenieure des Leibniz-Rechenzentrums (LRZ) ihren neuen Supercomputer SuperMUC vor, der wassergekühlte Server verwendet, um Leistungsniveaus von bis zu drei Petaflops zu erreichen, oder im Grunde die Arbeit von mehr als 110.000 PCs. Während das Wärmemanagementsystem von SuperMUC – das auf dem Mainframe sitzt und Wasser durch Mikrokanäle auf der Hardware selbst transportiert – als „Heißwasser“-Kühlung bezeichnet wird, ist dies eine Art Fehlbezeichnung.

Das System wurde von der Art und Weise inspiriert, wie sich Blut und Wasser durch unseren Körper bewegen, und hält die Maschine auf etwa 45 Grad Celsius (113 Grad Fahrenheit). Der Grund, warum Ingenieure den Heißwasseraspekt dieses Systems betonen – das die Leistung verbessert, während das System um das Zehnfache schrumpft und 40 Prozent weniger Energie verbraucht – liegt darin, den Unterschied zur Standard-Luftkühlung und der Art und Weise zu betonen, wie wir normalerweise von flüssigen Kühlmitteln denken [Quellen: Clancy , IBM Labs ].

Aber was genau macht dieses Wasser und warum ist das Design so bahnbrechend?

Die meisten Personal- und Business-Computer verwenden Lüfter und offene Schlitze, um Luft mit Raumtemperatur durch das Gerät zirkulieren zu lassen und so die Schaltkreise und beweglichen Teile kühl zu halten. Unterkühlte Luft und Niedertemperaturkühlung sind eine gängige Methode, um größere Mainframes vor Überhitzung zu schützen, aber diese Methoden verbrauchen eine Menge Energie. (Normalerweise wird etwa die Hälfte der Energie, die wir zum Laufen von Computern verbrauchen, tatsächlich für deren Kühlung verwendet.) Die nächste Ebene, die Wasserkühlung, orientiert sich an Jahrhunderten des Verbrennungsmotor-Paradigmas: Bewegliche Teile erzeugen kinetische Energie und kaltes Wasser nimmt den Überschuss ab Temperatur.

Aber das "Heißwasser"-Kühlsystem, das es dem SuperMUC ermöglicht hat, Supercomputing-Barrieren zu durchbrechen, ist etwas völlig anderes. Das in Deutschland ansässige LRZ-Labor ist sehr umweltbewusst und integriert seit Jahren grüne Lösungen in seine Designs. Das Wasser, das die Technologie in den proprietären „Mikrokanälen“ des Kühlsystems kühlt, wird von den Maschinen weggeleitet und trägt Wärme mit sich zu einem Austausch, in dem es zum Heizen der von Menschen genutzten Bereiche des Gebäudes verwendet wird. (Das spart übrigens jährlich mehr als 1 Million Euro an Heizkosten.)

Das Wasser, das einen Teil seiner Wärme abgegeben hat, wird dann zurück zu den Prozessoren gepumpt, kommt in direkten Kontakt mit ihnen und zieht Wärme ab, wenn es in seiner nächsten Runde durchläuft. Herbert Huber vom LRZ nennt es "eine völlig andere Kühltechnologie", die es ihnen ermöglicht, ihre Supercomputer das ganze Jahr über "... ohne Kältemaschine, ohne Kompressor" zu verwenden [Quelle: IBM Labs ]. Wie viel besser ist dieses neue Konzept? Es ist 4.000 Mal effizienter als Luftkühlung.

Aber das ist nur der Anfang. IBM, Pionier der SuperMUC-Technologie, sagt, dass es nur fünf Jahre für eine weitere Verkleinerung um den Faktor 10 dauern wird, und fünf Jahre danach für die nächste, und so weiter, bis hin zu einer millionenfachen Verkleinerung von der Größe von SuperMUC – klein genug für die Verwendung in einem persönlichen PC [Quelle: IBM Labs ].

Anmerkung des Verfassers

Für mich der interessanteste Teil des Lernens über das Hier und Jetzt des Supercomputingssah, wie Wissenschaftler umweltfreundliche Probleme angehen – Kühlung, Mainframe-Fußabdruck usw. – und gleichzeitig die Messlatte für die Leistungsfähigkeit unserer Computer und Netzwerke immer höher legen. Es war aufregend, von dieser neuesten Entwicklung in diese Richtung zu hören. Die Schnittmenge von Low- und High-Tech-Lösungen hat etwas, das mein Herz höher schlagen lässt. Ich nehme an, weil ich keinen Grund sehe, warum wir nicht eine Sichtweise entwickeln sollten, die beides beinhaltet – eine Sichtweise von „Natur“ und dem, was „natürlich“ ist, die iPods und homöopathische Medikamente ebenso einschließt wie kalifornische Mammutbäume und städtische Grünflächen. Wir sind nur so weit von der Natur und voneinander getrennt, wie es unsere Sprache und unser Erbe zulassen.

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