Woda schładza gorączkę systemów HPC


Pompowanie litrów wody do serwerów HPC, aby je schłodzić, może na pierwszy rzut oka wydawać się rażącym lekceważenie zasad BHP w centrum danych. Jednak ta metoda usuwania ciepła może stanowić przyszłość, jeśli chodzi o umożliwienie optymalnego działania zagęszczonym konfiguracjom serwerowym. Wydaje się to kluczowe w przypadku gęstych, definiowanych przez przyszłe wymagania centrów IT, które będą dominować w kolejnej dekadzie XXI wieku.

Wiemy, że wysokowydajna/hiperkonwergentna infrastruktura dostarcza potwierdzonych korzyści środowiskom, które wymagają najwyższej mocy obliczeniowej. Jednakże taka infrastruktura stwarza również wyzwania operacyjne dla centrów danych. Zwłaszcza w odniesieniu do wytwarzania i usuwania ciepła. W miarę jak coraz bardziej wydajny sprzęt trafia do zagęszczonych konfiguracji komputerowych - a obciążenie używanych rdzeni procesorów i innych podzespołów elektronicznych wzrasta - zwiększa się wytwarzanie ciepła.

Tradycyjnie, problem ten w centrach danych był rozwiązywany poprzez zwiększenie wydajności wentylatorów oraz wentylacji. Inżynierowie Lenovo uznali to jednak za nieefektywny sposób sprostania wyzwaniom hiperkonwergencji. W końcu więcej wentylatorów wymaga więcej miejsca, a jednocześnie zwiększa się zużycie energii w obiekcie. Jest to szczególnie szkodliwe w czasach, gdy centra danych są pod presją ze strony organów regulacyjnych i klientów, aby stawać się bardziej ekologicznymi.

Chociaż chłodzenie bazujące na wentylatorach nadal się sprawdza, to jest to rozwiązanie opracowane w odpowiedzi na potrzeby centrów danych przeszłości, a nie budowanych obecnie infrastruktur hiperskalowych. Używanie wody jako chłodziwa nie jest nowym pomysłem. Jednak Lenovo dostrzegło możliwości wprowadzenia innowacji do tej koncepcji. Firma rozpoczęła prace, aby stworzyć sposób modernizacji tej idei z myślą o współczesnych klientach, którzy chcą wdrażać platformy, takie jak superkomputery oparte na klastrach HPC.

Im bliżej źródła, tym lepszy transfer ciepła

Technologia WCT (Water Cool Technology), stworzone przez Lenovo rozwiązanie bezpośredniego chłodzenia układów wodą, dociera tam, gdzie emitowane jest ciepło - bezpośrednio do szuflad obliczeniowych serwera, do komponentami generujących ciepło. Odprowadza je, zanim wydostanie się ono ze sprzętu i przechodząc przez szafę serwerową podniesie temperaturę otoczenia.

Technologia WCT została opracowana dla środowisk serwerowych HPC Lenovo NeXtScale System M5. Jest również dostępna dla serwerów Lenovo ThinkSystem SD650. WCT rozprowadza z tyłu serwera wodę o temperaturze do 45°C (113°F). Odbywa się to za pośrednictwem radiatorów podłączonych do obudowy termicznej procesora, podwójnych modułów pamięci in-line, modułów I/O oraz innych elementów wytwarzających duże ilości ciepła. (Wentylatorów nie pozbyto się całkowicie; ich zadaniem jest obecnie schładzanie zasilaczy.)

W miarę przepływu obok komponentów, które przekazują ciepło, temperatura wody wzrasta o około 10°C (18°F), w zależności od obciążenia w danym momencie. Woda wykorzystywana w Lenovo WCT zawiera również środki antykorozyjne i przeciwbakteryjne. Działa w obiegu zamkniętym, z wymiennikiem ciepła (i pompą) zlokalizowanymi poza centrum danych.

Koneksje superkomputerowe

WCT to kolejny przykład tego, jak partnerstwa Lenovo z klientami superkomputerowymi inspirują innowacyjne projekty, które później przynoszą korzyści klientom biznesowym. Współpracując z ośrodkiem Leibniz Supercomputing Center (LRZ) Bawarskiej Akademii Nauk Ścisłych i Humanistycznych, Lenovo zainstalowało 3072 węzły obliczeniowe Lenovo NeXtScale nx360 M5 wyposażone w WCT. Chłodzenie wodą okazało się bardzo efektywnym rozwiązaniem dla jednego z największych centrów danych akademickich w Europie. Jednocześnie jego zastosowanie przez LRZ stanowi istotny dowód zaufania do produktu.

Dane pokazują, że WCT przenosi 85-90 procent ciepła z systemów, w których jest zainstalowane. Za resztą odpowiadają systemy klimatyzacyjne. Wodne systemy chłodzenia naturalnie ponoszą CAPEX, jednak informacje spływające do tej pory od klientów sugerują, że oszczędności OPEX wkrótce spłacą inwestycje.

„Dzięki bezpośredniemu chłodzeniu wodą obniżyliśmy koszty energii o 35 procent” - mówi dr Herbert Huber, dyrektor ds. wysokowydajnych systemów w LRZ.

LRZ nadal pracuje wspólnie z Lenovo nad rozwojem technik chłodzenia wodą i odprowadzania ciepła. Zainstalowany w ośrodku superkomputer nowej generacji - SuperMUC-NG - będzie miał jeszcze wyższy współczynnik transferu ciepła do wody. System ten zostanie także wyposażony w kolejne przełomowe rozwiązanie chłodzące - technologię Heat Reuse. Wykorzystuje ona odprowadzoną podgrzaną wodę z WCT w celu wyprodukowania schłodzonej wody na potrzeby dodatkowego sprzętu chłodzącego, który działa w obiekcie, takiego jak wymienniki ciepła umieszczone z tyłu szaf serwerowych i klimatyzatory.

Większe oszczędności na energii

Doświadczenia niemieckiego instytutu potwierdzają inni partnerzy Lenovo z sektora superkomputerów/HPC. Uniwersytet Birmingham spodziewa się jeszcze bardziej znaczącej redukcji zużycia energii przeznaczanej na chłodzenie. To efekt zastosowania chłodzenia wodnego przy okazji ostatniej modernizacji ich platformy klastrowej HPC BlueBEAR. BlueBEAR3, na który składa się blisko 100 węzłów obliczeniowych Lenovo NeXtScale nx360 M5, powinien umożliwić obniżenie kosztów energii związanej z chłodzeniem nawet o 83 procent.

Operacyjne koszty chłodzenia są znacznie niższe” - mówi Simon Thompson, Research Computing Infrastructure Architect na Uniwersytecie w Birmingham.

Dostępność technologii WCT dla kolejnych generacji sprzętu Lenovo dla centrum danych sprawi, że będzie on jeszcze bardziej atrakcyjny dla wszystkich ośrodków, które podejmują projekty modernizacyjne swoich serwerowni, aby nadążać za stale rosnącymi wymaganiami. Z badań przeprowadzonych przez Hyperion Research wynika, że łączenie projektów zagęszczania infrastruktury serwerowej i chłodzenia cieczą staje się coraz bardziej popularne. Wynika to z faktu, że centra danych HPC są zmuszone do umieszczania coraz większej mocy obliczeniowej w ograniczonych fizycznie przestrzeniach.

Zapisz się na bezpłatny newsletter. Dowiesz się o webinarach, nowych case study oraz white paperach.