Come può l'acqua calda raffreddare un supercomputer?

Se ci pensi, l'ingegneria informatica si è sempre concentrata sulla riduzione delle dimensioni e dei problemi di calore tanto quanto sull'aumento della potenza di calcolo. Questo è vero sia che tu stia parlando di un laptop, di un enorme mainframe o persino del tuo tablet , ma i veri salti in termini di utilità, tecnologia ecologica e vincoli di dimensioni sono ancora più importanti sulla scala del supercalcolo che con le cose che usiamo ogni giorno.

Nel luglio 2012, gli ingegneri del Leibniz Supercomputing Center (Leibniz-Rechenzentrum, o LRZ, in tedesco) hanno presentato il loro nuovo supercomputer SuperMUC, che utilizza server raffreddati ad acqua per avvicinarsi a livelli di prestazioni fino a tre petaflop, o sostanzialmente il lavoro di più di 110.000 personal computer. Mentre il sistema di gestione del calore di SuperMUC - che si trova sopra il mainframe, trasportando l'acqua attraverso i microcanali sull'hardware stesso - è chiamato raffreddamento "ad acqua calda", è una specie di termine improprio.

Il sistema è stato ispirato dal modo in cui il sangue e l'acqua si muovono attraverso i nostri corpi e mantiene la macchina a circa 45 gradi Celsius (113 gradi Fahrenheit). Il motivo per cui gli ingegneri sottolineano l'aspetto dell'acqua calda di questo sistema, che migliora le prestazioni riducendo il sistema di 10 volte e utilizzando il 40% in meno di energia, è sottolineare la differenza rispetto al raffreddamento ad aria standard e il modo in cui di solito pensiamo ai refrigeranti fluidi [fonti: Clancy , IBM Labs ].

Ma cosa fa esattamente quell'acqua e perché il design è così innovativo?

La maggior parte dei computer personali e aziendali utilizza ventole e slot aperti per far circolare l'aria a temperatura ambiente attraverso la macchina, mantenendo i circuiti e le parti mobili al fresco. L'aria superraffreddata e la refrigerazione a bassa temperatura sono un modo comune per evitare il surriscaldamento di mainframe più grandi, ma questi metodi consumano una tonnellata di energia. (In genere, circa la metà dell'energia che utilizziamo per far funzionare i computer viene effettivamente utilizzata per raffreddarli.) Il livello successivo, il raffreddamento ad acqua, prende spunto da secoli di paradigma del motore a combustione: le parti mobili creano energia cinetica e l'acqua fredda rimuove l'eccesso temperatura.

Ma il sistema di raffreddamento ad "acqua calda" che ha consentito al SuperMUC di infrangere le barriere del supercalcolo è qualcosa di completamente diverso. Il laboratorio LRZ con sede in Germania è molto attento all'ambiente e da anni incorpora soluzioni ecologiche nei loro progetti. L'acqua che raffredda la tecnologia nei "microcanali" proprietari del sistema di raffreddamento viene condotta lontano dalle macchine, portando con sé il calore a uno scambio in cui viene utilizzato per riscaldare le aree dell'edificio occupate dall'uomo. (Per inciso, questo consente di risparmiare più di 1 milione di euro - circa $ 1,27 milioni - ogni anno in costi di riscaldamento.)

L'acqua, dopo aver perso parte del suo calore, viene quindi pompata di nuovo ai processori, entrando in contatto diretto con loro e assorbendo calore mentre passa attraverso il round successivo. Herbert Huber di LRZ la definisce "una tecnologia di raffreddamento completamente diversa" che consente loro di utilizzare i loro supercomputer tutto l'anno "... senza alcun refrigeratore, senza alcun compressore" [fonte: IBM Labs ]. Quanto è meglio questo nuovo concetto? È 4mila volte più efficiente del raffreddamento ad aria.

Ma questo è solo l'inizio. IBM, che ha aperto la strada alla tecnologia utilizzata dal SuperMUC, afferma che ci vorranno solo cinque anni per una riduzione delle dimensioni di un altro fattore di 10, e cinque anni dopo per il successivo, e così via, verso una riduzione di un milione di volte delle dimensioni di SuperMUC - abbastanza piccolo per l'uso in un PC personale [fonte: IBM Labs ].

Nota dell'autore

Per me, la parte più interessante dell'apprendimento del qui e ora del supercalcolostava vedendo come gli scienziati stanno affrontando le questioni ambientali - raffreddamento, ingombro del mainframe, ecc. - mentre continuano ad alzare il livello di ciò che i nostri computer e le nostre reti possono fare. È stato emozionante sentire parlare di questo ultimo sviluppo in questo senso. C'è qualcosa nell'intersezione tra soluzioni low-tech e high-tech che mi fa davvero battere il cuore. Suppongo perché non vedo alcun motivo per cui non dovremmo sviluppare una prospettiva che li incorpori entrambi: una visione della "natura" e di ciò che è "naturale" che includa iPod e medicinali omeopatici, così come le sequoie della California e gli spazi verdi urbani. Siamo divisi dalla natura e gli uni dagli altri solo nella misura in cui la nostra lingua e il nostro patrimonio ci consentono di essere.

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