ETH Zürich und IBM bauen neuartigen Supercomputer

«Unser Ziel ist, Hochleistungsrechner mit niedrigem Energieverbrauch zu entwickeln»,
sagt Professor Dimos Poulikakos, Projektleiter und Leiter des Laboratoriums für Thermodynamik in Neuen Technologien der ETH Zürich. Die abgeführte Wärme des mit Wasser gekühlten Supercomputers wird den Partnern zufolge direkte für die Beheizung der ETH-Gebäude genutzt. Aquasar soll den Energieverbrauch gegenüber herkömmlichen, luftgekühlten Systemen um 40 Prozent senken und die CO2-Bilanz verglichen mit ähnlichen Rechnern um bis zu 85 Prozent reduzieren.

Bei Aquasar bringen die Forscher die Wasserkühlung so direkt wie möglich an die Wärmequelle - den Chip - heran, erklärt die ETH Zürich. Sie setzen leistungsfähige Mikrokanalkühler ein, die auf der Chip-Rückseite angebracht werden, heisst es. Dank dem Kühler könnten die Chips selbst mit bis zu 60°C heissem Wasser noch auf Betriebstemperatur gekühlt und wertvolle Abwärme gewonnen werden. Damit man die Wärmeenergie, die man von den Prozessoren wegleitet, am effizientesten nutzen kann, muss die Temperatur der Abwärme möglichst hoch sein. Prinzipiell gilt: Je heisser die Wärmeenergie desto wertvoller, erläutert die ETH.

Das System benötigt der Hochschule zufolge etwa 10 Liter Wasser, wobei eine Pumpe einen Durchfluss von 30 Litern pro Minute garantiert. Die Abwärme werde durch einen Wärmetauscher an die Gebäudeheizung abgegeben. «Wärme ist ein wertvolles Gut, auf das wir angewiesen sind und das wir täglich teuer kaufen. Indem wir Abwärme von den aktiven Bauteilen eines Computersystems so direkt und effizient wie möglich abtransportieren,
können wir sie als Ressource wieder verwenden. Das spart Energie und senkt
den CO2-Ausstoss. Dieses Projekt ist ein wichtiger Schritt hin zu nachhaltigen,
emissionsneutralen Rechenzentren», erklärt Bruno Michel, Manager Advanced
Thermal Packaging des IBM Forschungslabors Zürich.

Inspiriert wurde das Forschungsteam gemäss der ETH bei der Entwicklung des Kühlkreislaufs durch die Natur. Im Körper würde ein Netzwerk von Gefässen und Kapillaren dafür sorgen, dass Wärme und Energie mit der grösstmöglichen Effizienz in jeden Teil unseres Körpers transportiert wird. Die Kühlung von Aquasar sei nach den gleichen Prinzipien aufgebaut. Die etwa zwei Quadratzentimeter grossen Mikrokanal-Wasserkühler verfügen über viele hundert kleine Kapillaren, heisst es.

An der ETH Zürich wird aber nicht nur geprüft, ob die neue Wasserkühlung funktioniert und wie viel thermische Energie dabei zu gewinnen ist, sondern auch wie leistungsfähig Aquasar ist. Das «Computational Science and Engineering»-Labor des Lehrstuhls für Computerwissenschaften der ETH Zürich verwendet Aquasar für komplexe Strömungssimulationen. Wissenschaftler dieses Labors optimieren in Zusammenarbeit mit dem IBM Forschungszentrum und anderen Partnerinstitutionen auch die Effizienz, mit der die Algorithmen berechnet werden, erläutert die ETH Zürich.

Der Bau von Aquasar ist Teil des dreijährigen, gemeinschaftlichen Forschungsprogramms
«Direkte Abwärmenutzung von flüssiggekühlten Supercomputern: Der Weg zu energiesparenden, emissionsfreien Hochleistungsrechnern und Rechenzentren» erklärt die Zürcher Hochschule. An dem Projekt sind das IBM Forschungslabor Zürich, die ETH Zürich, die ETH Lausanne und das Schweizer Kompetenzzentrum für Energie und Mobilität (CCEM) beteiligt. Aquasar wird der ETH Zürich zufolge zudem mit der Unterstützung durch IBM Schweiz und das IBM Forschungs- und -Entwicklungslabor in Böblingen, Deutschland, realisiert.