溫水流經超級計算機為其散熱

IBM 試驗了一種液體冷卻系統,該系統無需冷卻器即可將熱量從敏感的計算機元件中移走,從而將能源成本降低一半

加入我們的科學愛好者社群!


關於支援科學新聞業

如果您喜歡這篇文章,請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞業 訂閱。透過購買訂閱,您正在幫助確保未來能夠繼續講述關於塑造當今世界的發現和想法的具有影響力的故事。


今天的超級計算機執行起來很熱,這要歸功於功耗大的微處理器,這些微處理器使得複雜的科學研究和複雜的金融交易能夠在眨眼之間完成。隨著這些微處理器隨著時間的推移變得更小更強大,它們產生了更多的熱量,資料中心通常使用昂貴的空調和冷凍液體冷卻系統來解決這個問題。

儘管幾十年來資料中心一直使用冷液體將熱量從中央處理器 (CPU) 中轉移走,但瑞士 IBM 研究人員團隊正在試驗一種微型銅管網路,該網路穿過較小的叢集計算機伺服器,並在溫水的幫助下帶走熱量。他們說,液體冷卻,即使使用溫水,其散熱效果也比空氣冷卻高 4,000 倍。

為了證明這一點,IBM 和蘇黎世瑞士聯邦理工學院 (ETH) 建立了一臺名為 Aquasar 的超級計算機,該計算機使用 60 攝氏度的水代替空氣作為冷卻劑來捕獲和散發熱量。研究人員在 4 月 16 日出版的《科學》雜誌上報告說,Aquasar 的早期測試表明,它的用電量是冷水冷卻的超級計算機(需要電動冷卻器將水保持在約 15 攝氏度)的一半。

這些節省以及能源消耗量的急劇下降可能是巨大的。馬薩諸塞州弗雷明翰國際資料公司的資料顯示,2009 年,全球資料中心的運營估計需要 330 太瓦時的電力,約佔全球電力產量的 2%。

瑞士 IBM 研究院的 G. Ingmar Meijer 說,水不一定需要是冷的才能作為冷卻劑;它只需要比微處理器更冷即可。他補充說,使用沿著和圍繞電氣元件執行的管道,60 攝氏度的蒸餾水可以將微處理器的溫度保持在 85 攝氏度的限制以下,超過這個溫度,晶片上的元件就會開始出現故障。水通常以 60 攝氏度的溫度進入冷卻系統,並以 65 攝氏度的溫度離開。這可以將微處理器的溫度保持在 75 攝氏度左右。

儘管使用水,尤其是溫水來冷卻電子裝置的內部似乎有悖常理,但 IBM 的工作突顯了在大型機以外的裝置中使用液體冷卻的趨勢。甚至戴爾和蘋果公司的一些高階 PC 也包括液體冷卻系統

計算機微處理器內部的電晶體可以小到 45 奈米——大約是細胞膜厚度的五倍——這使得控制從這些電晶體洩漏出來的電流變得困難。Meijer 表示,這種洩漏消耗的功率可能比實際的計算過程還要多。他補充說,微處理器每個可以散發 100 瓦到幾百瓦的功率。

Meijer 承認,較冷的處理器能夠執行得更快、壽命更長,但他指出,他和他的同事們目前希望解決的挑戰是降低電力消耗的方法。

Aquasar 由一排叢集式 IBM 伺服器組成,這些伺服器使用索尼、東芝和 IBM 開發的 IBM Cell 微處理器英特爾酷睿 i7 微處理器。該超級計算機的峰值效能約為 10 萬億次浮點運算,即每秒 10 萬億次計算。

作為原型機,Aquasar 的建造成本高於沒有 IBM 微通道溫水冷卻系統的同類空氣冷卻和液體冷卻超級計算機,其中大部分額外費用歸因於在現有計算機伺服器上改造銅管和散熱器。然而,Meijer 估計,在執行一年半後,節省的電力消耗將使該原型機的成本與普通超級計算機具有競爭力。

如果 Aquasar 對正在使用該系統研究流體學的 ETH 來說是成功的,那麼隨著時間的推移,更新的超級計算機可能會被設計成帶有內建管道和散熱片,用於液體冷卻系統。IBM 希望在大約五年內找到一種方法,將管道直接穿過微處理器本身(而不是並排),冷卻矽晶片並提供更有效的散熱。IBM 現在正在尋找商業合作伙伴,以幫助其構建更大的原型機,其尺寸是 Aquasar 的 10 倍。

© .