Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Supercomputer mit heissem Wasser gekühlt

23.06.2009
IBM und die ETH Zürich bauen einen neuartigen Supercomputer, der mit heissem Wasser gekühlt wird und dessen abgeführte Wärme direkt für die Beheizung der ETH-Gebäude genutzt wird.

Das innovative System mit dem Namen "Aquasar" soll den Energieverbrauch um 40% senken und die CO2-Bilanz im Vergleich zu ähnlichen Systemen um bis zu 85% reduzieren.

Computersysteme und Rechenzentren sind wahre Energiefresser: In den letzten vier Jahren hat sich der Energiebedarf von Rechenzentren weltweit fast verdoppelt. "Die Energieversorgung ist die grösste Herausforderung des 21. Jahrhunderts. Geschwindigkeit und Leistung dürfen deshalb nicht mehr die einzigen Kriterien sein, wenn es darum geht, Computersysteme zu bauen.

Unser neues Ziel ist, Hochleistungsrechner mit niedrigem Energieverbrauch zu entwickeln", so Prof. Dimos Poulikakos, Projektleiter und Leiter des Laboratoriums für Thermodynamik in Neuen Technologien der ETH Zürich. Computersysteme und Rechenzentren energieeffizienter zu machen, ist ein komplexes Unterfangen. Als Lösung präsentieren die ETH Zürich und IBM gemeinsam den neuen Supercomputer "Aquasar" - ein Experiment, das einen wichtigen Beitrag zu nachhaltiger IT leisten soll.

Einfaches Kühlmittel - grosse Wirkung
Ein zentraler Aspekt bei der Energieeffizienz ist die Kühlung des Computers. Bis zu 50% der Energie werden nicht für die Rechenleistung selbst, sondern für die notwendige Kühlung verbraucht. Das Problem ist, dass ein Computerchip zehnmal mehr Wärme als eine Kochplatte auf der gleichen Fläche entwickelt. Ungekühlt überhitzt er innert Sekunden und geht kaputt. Für einen sicheren Betrieb muss der Chip daher stetig unter 85°C gekühlt werden. Meistens wird für die Kühlung Luft verwendet, obwohl Luft eigentlich ein schlechter Wärmeleiter ist. Besser eignet sich Wasser, da es Wärme 4000-mal effizienter als Luft speichert. Zudem kann Wasser die Wärme hervorragend transportieren. Allerdings muss das Kühlsystem hermetisch dicht sein, damit Wasser und Elektronik nicht in Berührung kommen.

Bei "Aquasar" bringen die Forscher die Wasserkühlung so direkt wie möglich an die Wärmequelle - den Chip - heran. Sie setzen leistungsfähige Mikrokanalkühler ein, die auf der Rückseite des Chips angebracht werden. Dank der Kühler können 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.

Wärme als wertvolle Ressource
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 durch einen Wärmetauscher an die Gebäudehei-zung 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 Dr. Bruno Michel, Manager Advanced Thermal Packaging des IBM Forschungslabors Zürich.

"Aquasar" verbindet also mehrere Vorteile: Da das System keine energieintensive Kältemaschinen benötigt, sinkt der Energieverbrauch gegenüber herkömmlichen luftgekühlten Systemen bis zu 40%. Durch direkte Abwärmenutzung gewinnt man zudem wertvolle Wärmeenergie zurück, die sich vielfältig verwenden lässt. Im Vergleich zu ähnlichen Systemen reduziert sich dadurch die CO2-Bilanz um bis zu 85% - was bei durchschnittlichem Betrieb etwa 30 Tonnen CO2 pro Jahr entspräche.

Blutkreislauf nachahmen
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 cm2 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. 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.
Drei Jahre gemeinsame Forschung
Der Bau von "Aquasar" ist Teil des dreijährigen, gemeinschaftlichen Forschungs-programms "Direkte Abwärmenutzung von flüssiggekühlten Supercomputern: Der Weg zu energiesparenden, emissionsfreien Hochleistungsrechnern und Rechenzentren". An diesem Projekt sind das IBM Forschungslabor Zürich, die ETH Zürich, die ETH Lausanne und das Schweizer Kompetenzzentrum für Energie und Mobilität (CCEM) beteiligt. Aquasar wird zudem mit der Unterstüt-zung durch IBM Schweiz und das IBM Forschungs- und -Entwicklungslabor in Böblingen, Deutschland, realisiert.
Weitere Informationen:
ETH Zürich
Prof. Dimos Poulikakos
Institut für Energietechnik
Telefon:+41 44 632 27 38
dimos.poulikakos@ethz.ch

Franziska Schmid | idw
Weitere Informationen:
http://www.ethz.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Geräteschutzschalter erfüllt NEC Class 2
19.05.2017 | PHOENIX CONTACT GmbH & Co.KG

nachricht Elektronikgehäuse für Anzeigeeinheiten
19.05.2017 | PHOENIX CONTACT GmbH & Co.KG

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

Staphylococcus aureus ist aufgrund häufiger Resistenzen gegenüber vielen Antibiotika ein gefürchteter Erreger (MRSA) insbesondere bei Krankenhaus-Infektionen. Forscher des Paul-Ehrlich-Instituts haben immunologische Prozesse identifiziert, die eine erfolgreiche körpereigene, gegen den Erreger gerichtete Abwehr verhindern. Die Forscher konnten zeigen, dass sich durch Übertragung von Protein oder Boten-RNA (mRNA, messenger RNA) des Erregers auf Immunzellen die Immunantwort in Richtung einer aktiven Erregerabwehr verschieben lässt. Dies könnte für die Entwicklung eines wirksamen Impfstoffs bedeutsam sein. Darüber berichtet PLOS Pathogens in seiner Online-Ausgabe vom 25.05.2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) ist ein Bakterium, das bei weit über der Hälfte der Erwachsenen Haut und Schleimhäute besiedelt und dabei normalerweise keine...

Im Focus: Can the immune system be boosted against Staphylococcus aureus by delivery of messenger RNA?

Staphylococcus aureus is a feared pathogen (MRSA, multi-resistant S. aureus) due to frequent resistances against many antibiotics, especially in hospital infections. Researchers at the Paul-Ehrlich-Institut have identified immunological processes that prevent a successful immune response directed against the pathogenic agent. The delivery of bacterial proteins with RNA adjuvant or messenger RNA (mRNA) into immune cells allows the re-direction of the immune response towards an active defense against S. aureus. This could be of significant importance for the development of an effective vaccine. PLOS Pathogens has published these research results online on 25 May 2017.

Staphylococcus aureus (S. aureus) is a bacterium that colonizes by far more than half of the skin and the mucosa of adults, usually without causing infections....

Im Focus: Orientierungslauf im Mikrokosmos

Physiker der Universität Würzburg können auf Knopfdruck einzelne Lichtteilchen erzeugen, die einander ähneln wie ein Ei dem anderen. Zwei neue Studien zeigen nun, welches Potenzial diese Methode hat.

Der Quantencomputer beflügelt seit Jahrzehnten die Phantasie der Wissenschaftler: Er beruht auf grundlegend anderen Phänomenen als ein herkömmlicher Rechner....

Im Focus: A quantum walk of photons

Physicists from the University of Würzburg are capable of generating identical looking single light particles at the push of a button. Two new studies now demonstrate the potential this method holds.

The quantum computer has fuelled the imagination of scientists for decades: It is based on fundamentally different phenomena than a conventional computer....

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Meeresschutz im Fokus: Das IASS auf der UN-Ozean-Konferenz in New York vom 5.-9. Juni

24.05.2017 | Veranstaltungen

Diabetes Kongress in Hamburg beginnt heute: Rund 6000 Teilnehmer werden erwartet

24.05.2017 | Veranstaltungen

Wissensbuffet: „All you can eat – and learn”

24.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

DFG fördert 15 neue Sonderforschungsbereiche (SFB)

26.05.2017 | Förderungen Preise

Lässt sich mit Boten-RNA das Immunsystem gegen Staphylococcus aureus scharf schalten?

26.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Unglaublich formbar: Lesen lernen krempelt Gehirn selbst bei Erwachsenen tiefgreifend um

26.05.2017 | Gesellschaftswissenschaften