Aquasar es un prototipo de supercomputadora (una computadora de alto rendimiento) creado por IBM Labs en colaboración con ETH Zurich en Zürich , Suiza y ETH Lausanne en Lausanne , Suiza. Si bien la mayoría de las supercomputadoras usan aire como refrigerante preferido, Aquasar usa agua caliente para lograr su gran eficiencia informática. Además del uso de agua caliente como refrigerante principal, también se incluye una sección refrigerada por aire para comparar la eficiencia de enfriamiento de ambos refrigerantes. La comparación podría usarse más tarde para ayudar a mejorar el rendimiento del refrigerante de agua caliente. El programa de investigación se denominó inicialmente como: "Uso directo del calor residual de supercomputadoras refrigeradas por líquido: el camino hacia computadoras y centros de datos que ahorran energía y generan altas emisiones". El calor residual producido por el sistema de refrigeración se puede reciclar en el sistema de calefacción del edificio, lo que puede ahorrar dinero. A partir de 2009, el proyecto colaborativo de tres años se introdujo y desarrolló con el interés de ahorrar energía y ser seguro para el medio ambiente al tiempo que ofrece un rendimiento de primer nivel.[1] [2]
Desarrollador | ETH Lausana , ETH Zúrich , IBM |
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Tipo | Prototipo de plataforma de supercomputadora |
Fecha de lanzamiento | 2010 |
UPC | CELDA (nodos QS22) Intel Xeon (nodos HS22) |
Sucesor | IBM PERCS |
Historia
Desarrollo
La supercomputadora Aquasar se utilizó por primera vez en el Departamento de Ingeniería Mecánica y de Procesos, en el Instituto Federal Suizo de Tecnología de Zurich (ETH Zurich) en 2010. ETH Zurich es una de las dos escuelas que forman parte del Instituto Federal Suizo de Tecnología con la otra escuela es ETH Lausanne. La alta eficiencia energética, la informática respetuosa con el medio ambiente y el alto rendimiento informático fueron algunos de los principales intereses en el desarrollo del Aquasar. Una parte clave de ser amigable con el medio ambiente fue el enfoque de intentar reducir la producción de emisiones de dióxido de carbono. El 50% del consumo de energía y la contaminación por carbono de un centro de datos refrigerado por aire proviene en realidad del sistema de refrigeración de los centros de datos y no del proceso informático real. La creación de Aquasar comenzó en 2009. Formaba parte del programa First-Of-A-Kind (FOAK) de IBM (un programa que anima a los investigadores y clientes de IBM a desarrollar nuevas tecnologías potenciales para ayudar con los problemas del mundo real en los negocios). [3] Otro superordenador más tarde usaría la misma idea de un refrigerante de agua caliente en sus desarrollos, el superordenador SuperMUC . El desarrollo futuro de supercomputadoras más potentes también exploró las posibilidades de utilizar la refrigeración en chip como su principal fuente de refrigeración para lograr una mayor eficiencia informática.
Exploración adicional del refrigerante de agua caliente
Un artículo académico escrito en 2018 exploró las muchas posibilidades para desarrollar nueva computación Exascale (un rendimiento de supercomputación a mayor escala). Se necesitarán supercomputadoras de exaescala en la informática del futuro, lo que significa que se necesitan una alta eficiencia energética y una alta eficiencia de enfriamiento de estas supercomputadoras para lograr el máximo rendimiento. Los científicos buscaron la posibilidad de un enfriamiento "en chip", inspirados por la supercomputadora Aquasar. [4]
Enfriamiento
La supercomputadora Aquasar emplea refrigeración "en chip". [4] Utiliza un método único que utiliza refrigeradores de micro-canales que están conectados directamente a las unidades de procesamiento de la computadora (los circuitos principales que realizan la mayor parte del procesamiento de la computadora) que producen la mayor parte de calor en el sistema informático. [3] Los microcanales son pequeños canales que tienen un diámetro inferior a 1 mm y el líquido refrigerante caliente los atraviesa. La alta conductividad térmica del agua (la capacidad de conducir el calor) y la capacidad calorífica específica (la cantidad de calor requerida para elevar la temperatura de 1 gramo en 1 ° C) permite que el refrigerante de agua caliente se establezca a aproximadamente 60 ° C (aproximadamente 140 ° C). F). Debido a la alta conductividad térmica del agua, el agua puede transportar más calor fuera de las unidades de procesamiento. El agua tiene aproximadamente 4.000 veces más capacidad calorífica que la del aire, lo que permite que el transporte de calor funcione de manera más eficiente. [5] La alta capacidad calorífica permite que el agua absorba una gran cantidad de calor. La temperatura del agua permite que las unidades de procesamiento funcionen por debajo de la temperatura máxima de 85 ° C (aproximadamente 185 ° F). [3]
Descripción mecánica
Hardware
El Aquasar contiene IBM BladeCenter Servers refrigerados por agua (las versiones de IBM de la computadora servidor básica) e IBM BladeCenter Server refrigerados por aire para contrastar el rendimiento del refrigerante de agua caliente y el enfriamiento por aire. Los BladeCenters refrigerados por aire y por agua se componen de chasis IBM BladeCenter H, utilizando una combinación de servidores IBM BladeCenter QS22 e IBM BladeCenter HS22 en ambos sistemas BladeCenter. [3] El sistema emplea 6 teraflops (los flops son una unidad que se utiliza para determinar la velocidad de cálculo) y alcanza una eficiencia energética de aproximadamente 450 megaflops por vatio. [3] [6] Las tuberías conectan los servidores BladeCenter individuales a la red principal, donde luego se conectan a la red de tuberías de transporte de agua. Estas tuberías también se pueden desconectar y volver a conectar. Se utilizan 10 litros de agua para enfriar con una bomba, produciendo un caudal de aproximadamente 30 litros por minuto. [6] También se ha instalado un sistema de sensores en el sistema Aquasar para monitorear aún más el rendimiento. Los científicos esperan optimizar el sistema utilizando la información que obtienen de estos sensores. [5]
Reciclaje de calor
El sistema de refrigeración por agua caliente es un sistema de circuito cerrado. Las unidades de procesamiento calientan constantemente el refrigerante. Luego, el agua tibia se enfría nuevamente a través de un intercambiador de calor (una forma de transferir calor entre fluidos). El calor transferido luego se usa directamente en el sistema de calefacción del edificio, como en el edificio ETH Zurich, permitiendo así que el calor se reutilice de manera efectiva. [6] Aproximadamente el 80% del calor producido se recupera y se reutiliza para calentar los edificios. [7] En la supercomputadora SuperMUC , el calor creado por el refrigerante de agua caliente se utiliza para calentar aún más el resto del campus, lo que le ahorra al campus de Leibniz-Rechenzentrum alrededor de 1,25 millones de dólares al año. Aproximadamente nueve kilovatios de energía térmica se colocan en el sistema de calefacción donde el calor residual se utilizará más tarde para calentar el edificio ETH Zurich. [6]
Beneficios
Los centros de datos de supercomputadoras gastan el 50% de sus demandas eléctricas en su sistema de refrigeración por aire convencional. El uso de computadoras en todo el mundo consume aproximadamente 330 teravatios-hora de energía. [5] El sistema de refrigeración por aire es el principal culpable del alto consumo de energía de las supercomputadoras. [8] El Aquasar consume aproximadamente un 40% menos de energía que las supercomputadoras normales refrigeradas por aire. Junto con eso, la capacidad de reciclar el calor de vuelta al sistema de calefacción permite que las emisiones de carbono de Aqusar se reduzcan aproximadamente en un 85%, ya que se necesitan menos combustibles fósiles para quemar para proporcionar calor al sistema de calefacción. [3] Las supercomputadoras de bajo consumo de energía y refrigeradas por líquido pueden funcionar con aproximadamente 3 veces menos costo de energía que las supercomputadoras de centros de datos refrigeradas por aire. [8]
Ver también
Referencias
- ^ "Hecho en IBM Labs: IBM superordenador refrigerado por agua caliente entra en funcionamiento en ETH Zurich" . www-03.ibm.com . 2010-07-02 . Consultado el 26 de octubre de 2020 .
- ^ "ETH Zurich: entra en funcionamiento el nuevo superordenador refrigerado por agua Aquasar" . Ciencia | Negocios . Consultado el 26 de octubre de 2020 .
- ^ a b c d e f "Hecho en IBM Labs: Supercomputadora IBM enfriada por agua caliente entra en funcionamiento en ETH Zurich" . www-03.ibm.com . 2010-07-02 . Consultado el 26 de octubre de 2020 .
- ^ a b Fornaciari, William; Hernández, Carles; Kulchewski, Michal; Libutti, Simone; Martínez, José María; Massari, Giuseppe; Oleksiak, Ariel; Pupykina, Anna; Reghenzani, Federico; Tornero, Rafael; Zanella, Michele (2018). "Gestión predictiva fiable de energía y de tiempo-consciente de las limitaciones de los sistemas heterogéneos de exaescala" . Actas de la 18ª Conferencia Internacional sobre Arquitectura, Modelado y Simulación de Sistemas Informáticos Integrados - SAMOS '18 . Pythagorion, Grecia: ACM Press: 187-194. doi : 10.1145 / 3229631.3239368 . ISBN 978-1-4503-6494-2. S2CID 58004170 .
- ^ a b c "ETH Zurich: entra en funcionamiento el nuevo superordenador refrigerado por agua Aquasar" . Ciencia | Negocios . Consultado el 26 de octubre de 2020 .
- ^ a b c d "La supercomputadora de agua caliente de IBM se activa" . Conocimiento del centro de datos . 2010-07-05 . Consultado el 26 de octubre de 2020 .
- ^ Zimmermann, Severin; Meijer, Ingmar; Tiwari, Manish K .; Paredes, Stephan; Michel, Bruno; Poulikakos, Dimos (1 de julio de 2012). "Aquasar: un centro de datos refrigerado por agua caliente con reutilización directa de energía" . Energía . 2do Encuentro Internacional de Combustión más Limpia (CM0901-Modelos químicos detallados para una combustión más limpia). 43 (1): 237–245. doi : 10.1016 / j.energy.2012.04.037 . ISSN 0360-5442 .
- ^ a b Ruch, Patrick; Brunschwiler, Thomas; Paredes, Stephan; Meijer, Ingmar; Michel, Bruno (2013). "Hoja de ruta hacia centros de datos de escala Zeta de máxima eficiencia" . Conferencia y exposición de diseño, automatización y pruebas en Europa (FECHA), 2013 . Grenoble, Francia: Publicaciones de la conferencia IEEE: 1339-1344. doi : 10.7873 / FECHA.2013.276 . ISBN 978-1-4673-5071-6.