Varmt vatten kyler superdatorer

Avfallsvarme används direkt för uppvärmning av byggnader

Aquasar © ETH Zürich
läsa högt

IBM och ETH Zurich bygger en ny superdator som kyls med varmt vatten och vars värme används direkt för att värma ETH-byggnaderna. Det innovativa systemet, kallad "Aquasar", syftar till att minska energiförbrukningen med 40 procent och minska dess koldioxidavtryck med upp till 85 procent jämfört med liknande system.

Datorsystem och datacentra är äkta energitätare: Under de senaste fyra åren har energibehovet hos datacentra över hela världen nästan fördubblats. "Energiförsörjningen är den största utmaningen under 2000-talet. Hastighet och prestanda bör därför inte längre vara de enda kriterierna när det gäller att bygga datorsystem. Vårt nya mål är att utveckla högpresterande datorer med låg energiförbrukning, säger professor Dimos Poulikakos, projektledare och chef för laboratoriet för termodynamik i nya teknologier vid ETH Zurich.

Att göra datorsystem och datacentra mer energieffektiva är ett komplicerat åtagande. Som en lösning kommer ETH Zurich och IBM tillsammans att presentera den nya superdatorn Aquasar - ett experiment som är utformat för att ge ett viktigt bidrag till hållbar IT.

Enkel kylvätska - bra effekt

En viktig aspekt av energieffektiviteten är att kyla datorn. Upp till 50 procent av energin förbrukas inte för själva datorkraften utan för den nödvändiga kylningen. Problemet är att ett datorchip utvecklar tio gånger mer värme än en värmeplatta på samma yta. Ovärmt överhettas det på några sekunder och går sönder. För säker drift måste chipet därför hela tiden kylas under 85 ° C.

Vanligtvis används luft för detta, även om luft faktiskt är en dålig värmeledare. Vatten är bättre eftersom det lagrar värme 4 000 gånger mer effektivt än luft. Dessutom kan vatten transportera värmen perfekt. Kylsystemet måste emellertid hermetiskt förslutas så att vatten och elektronik inte kommer i kontakt. display

Vattenkylning direkt intill värmekällan

På Aquasar tar forskarna vattenkylningen så direkt som möjligt till värmekällan - chip - zoom. De använder kraftfulla mikrokanalskylare monterade på baksidan av chipet. Tack vare kylarna, även med upp till 60 ° C varmt vatten, kan flisen kylas till driftstemperatur och värdefullt spillvärme återvinns. För att kunna utnyttja den värmeenergi som kanaliseras bort från processorerna mest effektivt måste temperaturen på spillvärmen vara så hög som möjligt. I princip, desto varmare värmeenergi desto mer värdefull är den.

Värme som en värdefull resurs

Hela kylningen är en sluten krets. Systemet kräver cirka tio liter vatten, med en pump som garanterar ett flöde på 30 liter per minut. Avfallsvärmen släpps genom en värmeväxlare till byggvärmaren.

"Värme är en värdefull handelsvara som vi är beroende av och som vi köper till höga priser varje dag. Genom att ta bort avfall från de aktiva komponenterna i ett datorsystem så direkt och effektivt som möjligt, kan vi återanvända dem som en resurs. Detta sparar energi och minskar koldioxidutsläppen. Detta projekt är ett viktigt steg mot hållbara, utsläppsneutrala datacenter, "förklarar Bruno Michel, chef för Advanced Thermal Packaging på IBM Research Laboratory Z rich.

Aquasar kombinerar därför flera fördelar: Eftersom systemet inte kräver energiintensiva kylmaskiner, sjunker energiförbrukningen med upp till 40 procent jämfört med konventionella luftkylda system. Genom att använda avfall direkt återvinner man också värdefull värmeenergi, som kan användas på olika sätt. Jämfört med liknande system reducerar detta koldioxidavtrycket med upp till 85 procent - vilket skulle motsvara cirka 30 ton koldioxid per år i genomsnitt.

{2l}

Blodcirkulationen efterliknade

Forskarteamet inspirerades av utvecklingen av kylcykeln genom naturen. Forskare testar system som efterliknar högoptimerad mänsklig blodcirkulation. I kroppen säkerställer ett nätverk av fartyg och kapillärer att värme och energi transporteras till alla delar av vår kropp med största möjliga effektivitet vara.

Kylningen av Aquasar bygger på samma principer. De ungefär två kvadratcentimeter stora mikrokanalskylarna har många hundratals små kapillärer.

Aquasar i aktion

På ETH Zurich kommer det dock inte bara att kontrolleras om det nya vattenkylsystemet fungerar och hur mycket termisk energi som kan erhållas, utan också hur kraftfull Aquasar är. Computational Science and Engineering Laboratory of the Chief of Computer Science at ETH Zurich använder Aquasar för komplexa flödesimuleringar.

Forskare vid detta laboratorium, i samarbete med IBM Research Center och andra partnerinstitutioner, optimerar också effektiviteten med vilken algoritmerna beräknas.

(idw - Swiss Federal Institute of Technology Z rich (ETH Zurich), 25.06.2009 - DLO)