Az energiatakarékos feldolgozási módszerek jegyében a zürichi Swiss Federal Institute of Technology (ETH, a világ egyik legrangosabb egyeteme) és az IBM (NYSE: IBM) egy újfajta vízhűtéses szuperszámítógép építését tervezi, amelynek hulladékhőjet közvetlenül újrahasznosítják majd az egyetemi épületek fűtésénél. Az innovatív - egyelőre Aquasar néven emlegetett - rendszer várhatóan akár 85 százalékkal - a számítások szerint akár 30 tonnával - is csökkentheti a rendszer teljes CO2-kibocsátását a mai hűtési technológiát használó hasonló eszközöket alapul véve.1
Energiatakarékossá tenni a számítógépes rendszereket és az adatközpontokat nem kis vál-lalkozás. Az átlagos légkondicionált adatközpontok széndioxid-kibocsátásáról és energia-felhasználásáról akár 50 százalékban is a processzorok túlmelegedését megakadályozó hűtőrendszer energiaigénye tehet, nem pedig maga a szamitasi tevékenység - ez pedig messze van az ideálistól.
?Az energiavalsag talán a legfontosabb probléma, amellyel az emberiségnek a XXI. szá-zadban szembe kell néznie. Már nem engedhetjük meg magunknak, hogy kizárólag a fel-dolgozási sebesség és a teljesítmény szempontjai alapján tervezzünk számítógépes rend-szereket" - magyarázta Prof. D. Poulikakos, az ETH Zurich Laboratory of Thermodynamics in Emerging Technologies vezetője, aki a több tudományágat is össze-fogó projektben vezető kutatóként vesz részt. ?Az új cél az, hogy a szuperszámítógépek-nél és az adatközpontokban a kiemelkedő teljesítményt és alacsony áramfogyasztást egy-szerre érjük el - erre a megoldást pedig a folyadékhűtés jelenti."
Egy innovatív vízhűtő rendszerrel és a keletkező ho közvetlen újrahasznosításával az Aquasar - az ETH Zurichnél a tervek szerint 2010-ben üzembe helyezendő új szuper-számítógép - akár negyven százalékkal is csökkentheti a teljes energiafogyasztást. A rendszer kidolgozásához kiváló alapot ad az ETH és az IBM tudósai között régóta fennál-ló együttműködés, amelynek során a lapkaszintű vízhűtés lehetőségeit kutatják, valamint az IBM zürichi laboratóriumának tudósai által folytatott a vízhűtéses, közvetlen hulladékhő-felhasználással rendelkező adatközpontokkal kapcsolatos kutatasok.
A vízhűtéses szuperszámítógép két IBM BladeCenter? szervert fog tartalmazni egy rackben, csúcsteljesítménye 10 teraflops körül lesz2.
A pengeszerverekben minden processzor külön mikroméretű, nagy teljesítményű folya-dékhűtővel, bemeneti és kimeneti csővezeték-hálózattal és kapcsolatokkal fog rendelkez-ni, így az egyes szerverek könnyen csatlakoztathatók lesznek a rendszerhez, illetve eltá-volíthatók onnan (lásd a képet).
A hűtőfolyadékként használt víz körülbelül négyezerszer hatékonyabban nyeli el a hőt, mint a levegő, és hőátadási tulajdonságai is sokkal jobbak. A lapkaszintű, kb. 60°C-os vízhőmérsékletű hűtőrendszer sikeresen tartja a lapkát üzemi hőmérsékleten, vagyis jóval a maximálisan engedélyezett 85°C alatt. A magas bemeneti hőmérsékletű hűtőfolyadék azt jelenti, hogy a kimeneti hőmérséklet még magasabb, ebben az esetben kb. 65°C. A bemeneti 60°C-kal szemben a hutofolyadek kimeneti homerseklete 65°C.
Az egyes pengeszerverektől induló csövek bekapcsolódnak a szerverrack nagyobb háló-zatába, ami pedig a fő vízszállító hálózathoz csatlakozik. A vízzel hűtött szuperszámító-gép körülbelül 10 liter vizet igényel és egy szivattyú gondoskodik a körülbelül 30 li-ter/perces áramlási sebességről. A teljes hűtési rendszer zárt kört alkot: a hűtővizet a lap-kák folyamatosan melegítik, majd az passzív hőcserélőkben hűl vissza a kívánt hőmér-sékletre, amelyek a meleget ebben a kísérleti szakaszban közvetlenül az egyetem fűtő-rendszerébe vezetik el. Ezzel a módszerrel kiküszöbölhetők a mai energiaigényes hűtők.
?A meleg értékes árucikk, amiért sokat fizetünk és fontos része mindennapi életünknek. Ha a számítógépes rendszer aktív elemeinek hulladékhőjét a lehető leghatékonyabban gyűjtjük be és vezetjük el, akkor erőforrásként használhatjuk - ezzel egyrészt energiata-karékosabbá tehetjük a működést, másrészt csökkenthetjük a széndioxid-kibocsátást. A projekt jelentős lépés a tudatos energiagazdálkodású, karosanyagok kibocsátásatol men-tes számítástechnika és adatközpontok irányába" - mondta Dr. Bruno Michel, az IBM zürichi kutatólaboratóriumában működő Advanced Thermal Packaging csapat vezetője.
Háromévnyi kutatási együttműködés a kibocsátásmentes nagy teljesítményű számí-tástechnikai rendszerekert
Iparági oldalról a projekt az IBM ?First-Of-A-Kind" (?az első ilyen", FOAK) programjanak resze, amely az IBM tudósait és ügyfeleit összekapcsolva a valós üzleti problémák megoldása erdekeben vegez kutatasokat a fejlődő technológiák teruleten, il-letve hajt végre mintaprojekteket. Mindez az IBM Switzerland és a németországi Boeblingenben működő IBM Research and Development Laboratory támogatásával vál-hat valóra.
A folyadékhűtésű szoperszámítógépekkel kapcsolatos kutatást hároméves programnak tervezték. A program neve: ?Direct Re-Use of Waste Heat from Liquid-Cooled Supercomputers: Towards Low Power, High Performance, Zero-Emission Computing and Datacenters" -?A folyadékhűtésű szuperszámítógépek hulladékhőjének közvetlen újrahasznosítása: irány az alacsony energiaigényű, nagy teljesítményű, széndioxid-kibocsátás nélkül működő számítástechnikai rendszerek és adatközpontok".
A programot közösen finanszírozza az IBM, az ETH Zurich és a Swiss Competence Cen-ter for Energy and Mobility (CCEM), azaz a Svajci Energia es Mobilitasi Kompetencia Kozpont. A rendszer egy részét a hűtési és hatékonyságnövelő technológiákkal foglalko-zó további kutatásokra szánják, amelyeket a tervek szerint az ETH Zurich, az ETH Lau-sanne, a CCEM és az IBM Zurich Research Lab tudósai végeznek majd.
Az Aquasar számítási teljesítménye a kutatás rendkívül fontos része. Az Aquasart az ETH Zurich Számítástechnikai Tanszékének Számítástechnikai és Tervezési Laboratóri-uma (Computational Science and Engineering Lab of the Computer Science Department) fogja használni többléptékű áramlástani szimulációkra a nanotechnológiai határfelületi és folyadékdinamikai területek problémáival kapcsolatban. A laboratórium kutatói a rend-szerben használt megfelelő algoritmusok hatékonyságát is optimalizálni fogják az IBM Zurich Research Lab közreműködésével. Ezeket a tevékenységeket a projektben részt vevő más kutatólaboratóriumok algoritmusaival fogják kiegészíteni. A szuperszámító-géppel a tudósok bizonyítani szeretnék, hogy a fontos tudományos problémák megoldá-sának van hatékony lehetősége, az ilyen munkának nem kell feltétlenül káros hatással lennie a környezetre és az energiagazdálkodásra.
1 A Kiotói Protokoll feltételei szerinti fizikai széndioxid-kibocsátási hatásokkal számolva. A 30 tonnás CO2-kibocsátási becslésnél azt vették figyelembe, hogy mennyi gáz keletkez-ne egy év alatt átlagosan a rendszer energiaellátása és az épületek fűtése során, ha fosz-szilis tüzelőanyagokat használnának.
2 A BladeCenter? szerverekben IBM PowerXCell 8i processzoros QS22 kártyák és Intel Nehalem processzoros HS22 kártyák is lesznek. A mérési eredmények ellenőrzéséhez re-ferenciaként egy harmadik, léghűtéses IBM BladeCenter? szervert is üzembe állítanak majd. Az összes megadott érték becsléseken alapszik és a vízhűtéses IBM BladeCenter? szerverekre vonatkozik.
