IBM und ETH Zürich arbeiten an Supercomputer, der mit heißem Wasser gekühlt wird Wasserkühlung auf Chiplevel mit direkter Nutzung der Abwärme

Redakteur: Florian Karlstetter

Zusammen mit der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich arbeitet IBM an einem neuartigen Supercomputer mit dem Namen Aquasar, der mit bis zu 60 Grad heißem Wasser gekühlt wird. Die abgeführte Wärme wird direkt für die Heizung der Universitätsgebäude genutzt.

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Beim neuen Supercomputer Aquasar kommen Mikrokanalkühler auf der Rückseite der Prozessoren zum Einsatz.
Beim neuen Supercomputer Aquasar kommen Mikrokanalkühler auf der Rückseite der Prozessoren zum Einsatz.
( Archiv: Vogel Business Media )

Die Kühlung eines Computers ist ein zentraler Aspekt bei der Energieeffizienz. Meistens wird für die Kühlung Luft verwendet, obwohl Luft eigentlich ein schlechter Wärmeleiter ist. Viel besser eignet sich Wasser, da es Wärme 4000-mal effizienter als Luft speichern kann.

Diesen physikalischen Grundsatz macht sich nun IBM zunutze und arbeitet zusammen mit der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) an dem Supercomputer Aquasar. Mit einem innovativen, effizienten Wasserkühlungssystem, dass die Chips mit circa 60°C heissem Wasser kühlt und so ohne energieintensive Kältemaschinen auskommt, soll mit Aquasar der Gesamtenergieverbrauch um bis zu 40 Prozent gesenkt werden können.

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Das Kühlsystem ist eine gemeinsame Entwicklung von Forschern der ETH Zürich und IBM Research, Zürich Research Laboratory. Im Vergleich zu einem ähnlichen System, das heutige Kühltechnologien verwendet, soll Aquasar die CO2-Bilanz um bis zu 85 Prozent reduzieren und könnte so bis zu 30 Tonnen CO2 im Jahr einsparen.

Aquasar besteht aus zwei IBM BladeCenter-Servern in einem Rack und wird voraussichtlich eine Spitzenrechenleistung von 10 Teraflop erreichen.

Abwärme als wertvolle Ressource nutzen

Die gesamte Kühlung ist ein geschlossener Kreislauf. Das System benötigt etwa 10 Liter Wasser, wobei eine Pumpe einen Durchfluss von 30 Litern pro Minute garantiert. Die Abwärme wird dann durch einen Wärmetauscher an die Gebäudeheizung abgegeben. Da das System keine energieintensive Kältemaschinen benötigt, sinkt der Energieverbrauch gegenüber herkömmlichen luftgekühlten Systemen bis zu 40 Prozent. Durch die direkte Nutzung der Abwärme gewinnt man zudem wertvolle Wärmeenergie zurück, die sich vielfältig verwenden lässt.

Inspiriert wurde das Forschungsteam bei der Entwicklung des Kühlkreislaufs durch die Natur. Die Wissenschaftler testen Systeme, die den hochoptimierten, menschlichen Blutkreislauf nachahmen. Im Körper sorgt ein Netzwerk von Gefässen und Kapillaren dafür, dass Wärme und Energie mit der grösstmöglichen Effizienz in jeden Teil unseres Körpers transportiert werden. Die Kühlung von Aquasar ist nach den gleichen Prinzipien aufgebaut. Die etwa 2 Quadratzentimeter grossen Mikrokanal-Wasserkühler verfügen über viele hundert kleine Kapillaren.

Aquasar im Einsatz

An der ETH Zürich wird aber nicht nur überprüft, ob die neue Wasserkühlung funktioniert und wie viel thermische Energie dabei zu gewinnen ist, sondern auch wie leistungsfähig Aquasar ist. So verwendet das „Computational Science and Engineering“-Labor des Lehrstuhls für Computerwissenschaften der ETH Zürich 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.

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