IBM activeert eerste met water gekoelde Aquasar-supercomputer

IBM heeft de eerste energiezuinige, met water gekoelde Aquasar-supercomputer ingeschakeld bij het Swiss Federal Institute of Technology in Zürich. De warmte die het systeem genereert, wordt gebruikt om universiteitsgebouwen te verwarmen.

Aquasar zou 40 procent minder energie verbruiken dan een vergelijkbare supercomputer die met lucht wordt gekoeld. De supercomputer is opgebouwd uit drie BladeCenter H-behuizingen met daarin in totaal 33 BladeCenter QS22-servers die elk twee PowerXCell 8i-processors hebben, naast negen BladeCenter HS22-systemen met elk twee Nehalem EP-chips. Een deel van het systeem wordt met water gekoeld: twee BladeCenter H-kasten met in totaal 22 IBM QS22-blades en 6 BladeCenter HS22-modellen. Het cluster is onderdeel van een driejarig onderzoeksproject van ETH Zürich, ATH Lausanne en IBM Research.

Het cluster biedt een rekenkracht van zes teraflops en heeft een efficiëntie van 450 megaflops per watt. De systemen worden op chipniveau met water gekoeld door middel van koelertjes met microkanalen waar het water doorheen wordt geleid. Door de resulterende geringe thermische weerstand kan dat water zelfs een warmte van 60 graden Celsius bereiken en toch zijn koelende eigenschappen behouden om de chiptemperaturen onder de 85 graden Celsius te houden. Het uitgaande water zou ongeveer 65 graden zijn en het gesloten systeem met 10 liter water zou zijn warmte direct kunnen afgeven aan het verwarmingssysteem van de universiteit middels een warmtewisselaar.

Aquasar is zijn werk begonnen, maar het systeem wordt nog verder geoptimaliseerd. "De volgende stap is om ons op de prestaties en de eigenschappen van het koelsysteem te richten. Deze worden gemeten met een uitgebreid systeem van sensors", zegt Bruno Michel, manager Advanced Thermal Packaging bij IBM Research in Zürich.

Reacties (47)

'k Denk toch dat de essentie van deze ontwikkeling de microchannels zijn.

Immers, om op een economisch verantwoorde manier warmte op 65 °C benutten is niet vanzelfsprekend, en enkel op kleine schaal haalbaar, zoals voor verwarming van het lokaal naast de serverroom. Transport over grote afstand is wegens de kleine energie-inhoud immers niet interessant: je moet te grote hoeveelheden water verpompen door grote leidingen, waarin veel warmte alweer verloren gaat naar de omgeving. Ik dacht dat warmtekrachtkoppeling interessant wordt vanaf temperaturen van 130 °C, en deze 65 °C ligt daar ver onder.

De microchannels, on the other hand, zijn zeker en vast wel interessant. Er is al veel gewerkt omtrent microchannel cooling. Bij heel fijne kanaaltjes waar je water door stuurt is de warmteoverdracht immers heel erg efficiënt, waardoor lage temperatuursverschillen tussen het te koelen object en het koelwater gerealiseerd kunnen worden. In theorie heel mooi, maar in de praktijk verre van eenvoudig.

De kanaaltjes hebben immers een erg grote stromingsweerstand. Een beetje volume erdoor pompen kost al gauw enkele bars aan overdruk. Daardoor heb je een erg krachtige pomp nodig, die behoorlijk wat energie verbruikt en bovendien snel slijt. Ook de rest van het vloeistofcircuit wordt daardoor extra onder druk gezet, letterlijk én figuurlijk. Bovendien is het vervaardigen van de microchannels geen sinecure, en dus duur, wat een wijdverspreide commerciële toepassing ervan in de weg staat. Tenslotte, maar daar moet ik mezelf nog wat in verdiepen, zou het vloeistofmedium erg belangrijk zijn, en tot nu toe blijkt enkel gedeioniseerd water geschikt. Maar om die vloeistof zuiver te houden moet ook behoorlijk wat moeite gedaan worden.

Met andere woorden: IBM doet hier niet echt aan zuivere wetenschap, dan wel aan verregaand, en economisch relevant, ontwerpswerk. Het groene tintje dat ze eraan geven door de restwarmte te gebruiken is éigenlijk minder relevant, lijkt me.

Water versnelt korosie; dat lijkt me het grootste bezwaar. Temperatuur meten is niet zo moeilijk maar slijtage in koppelstukken en waterslangen meten lijkt me moeilijker. Ook moet je het water blijven conditioneren.
En wat als de pompwerking faalt? Kan je dan terugvallen op luchtkoelilng?
Zomaar wat bezwaren.
Een plus lijkt me dat het geluidsniveau mogelijk meevalt.

Corrosie heb je niet zo snel met puur water, eventueel kun je nog wat leuke middeltjes toevoegen, dan heb je dat wel afgedekt. Daarnaast neem ik aan dat ze wel alles van hetzelfde materiaal (koper) gemaakt hebben, ben je ook van electrolyse af (wat je ook kunt fiksen door met je aarde te spelen, maar da's wat trickier).

Slijtage in koppelstukken? Dat verwacht ik eerlijk gezegd niet, die gaan nergens heen. Waterslangen kunnen ook wel een paar jaar overleven, een beetje plastic trekt het goed, ook bij wat hogere temperaturen.
Waarom zou je het water conditioneren? Het warmt op, en het koelt af. Verder gebeurt er niks mee.
Pompwerking, ik hoop voor ze dat ze een backup-systeem hebben, en anders gaat je computer gewoon in overtemp-beveiliging (is mij ook al eens gebeurd omdat ik de pomp niet aangezet had). Water kan flink wat hitte opnemen, en als dat ding ergens bij een watertemp van 75 graden doorkrijgt dat er iets mis is, is dat vroeg genoeg. Terugvallen op luchtkoeling lijkt me onmogelijk, je gaat er niet nog een koelblok extra opzetten, dan mag je de hele kast aanpassen. Dit is nou net lekker compact, en alle hitte gaat er via de waterpijp uit. In dat geval is het nog redelijk hoogwaardige hitte (in tegenstelling tot de warme lucht die gewoonlijk uit servers komt, die je gewoon moet afvoeren, meestal naar buiten).

Daarnaast neem ik aan dat ze wel alles van hetzelfde materiaal (koper) gemaakt hebben, ben je ook van electrolyse af (wat je ook kunt fiksen door met je aarde te spelen, maar da's wat trickier).

Dat probleem doet zich alleen maar voor bij elektrolytische oplossingen (zouten bijvoorbeeld). Bij zuiver water heb je daar geen last van.

water is een gesloten systeem corrodeert heel weinig.
Dit omdat er weinig reactieve elektronen aanwezig zijn, en die er zijn worden snel verbruikt.
als je puur water gebruikt reageert er zelfs niets de koppelings waarde van zuurstof aan water stof is groter dan die van zuurstof aan koper/aluminium

Gedemineraliseerd water zal weinig elektrolyse en corrosie veroorzaken omdat de weerstand van het water ergens rond de 18 MOhm/cm ligt, verder kan ik me voorstellen dat ze antioxidanten toevoegen aan het water. Of dat ze op termijn hier een andere vloeistof voor gebuiken, die dat soort problemen niet met zich mee brengt.

Het enige probleem is dat het water in de tijd weer gaat geleiden, maar dat is simpel op te vangen met een goedkope techniek als omgekeerde osmose (goedkoop is hier in relatie tot de super computer ).

[Reactie gewijzigd door Z!oN op 5 juli 2010 20:28]

"Het uitgaande water zou ongeveer 65 graden zijn en het gesloten systeem met 10 liter water zou zijn warmte direct kunnen afgeven aan het verwarmingssysteem van de universiteit"

Ja warmte word er afgegeven, maar of je met een gesloten systeem van 10 liter @ 65 gr C de wereld kan redden....

Dit is, zoals ook in het artikel wordt gezegd, een onderzoeks project.
Ze hebben hiermee een proof of concept en willen dus aantonen dat als je een heel groot datacentrum hebt, dat je daar en energiezuinig mee om kan gaan en dat de de restwarmte efficient kan hergebruiken.

Wat we nu doen is en energieonzuinig en alle restwarmte flikkeren we via het dak (lees: airco units) gewoon weer naar buiten.

Verwacht dus niet dat er serieus wordt bijgedragen aan wat voor verwarming of koeling of wat dan ook, maar alleen dat ze gaan onderzoeken of dit een nuttige investering kan zijn.

6Tflop is ook niet bijzonder veel, zeg maar gerust een klein schattig mini supercomputertje. Het is in elk geval lang niet genoeg om in de top 500 te komen....
http://top500.org/list/2010/06/500

65 graden is zegmaar een delta T van 45 graden.
Soortelijke warmte van water is 4186 J/kgXGraad

Pakweg 1,88 miljoen Joule is er nodig dat water te verwarmen naar 65 graden.

Is alleen de vraag hoeveel energie er weggevoert kan worden en hoeveel er dus gegenereerd word om dat water op die 65 graden te houden.

Voor iets wat 24/7 draait zal je schrikken hoeveel energie dat scheelt per jaar.. tuurlijk is het een druppel van het totale energieverbruik maar jouw woning kan wel ineens klimaatneutraal zijn..

de CPU's worden tot 85° afgekoeld, met andere woorden: de koelvloeistof is er nog 20° onder, dus ik denk niet dat het zo moeilijk zal zijn om die temperatuur te behalen, integendeel

Dat wordt met een warmtewisselaar afgegeven aan een secundaire kring koelwater/koelvloeistof. In je primaire kring heb je in dit geval dus maar 10 liter nodig.

[Reactie gewijzigd door mooseman007 op 5 juli 2010 16:45]

De warmte wordt waarschijnlijk met een warmtewisselaar doorgegeven aan het verwarmingssysteem van de universiteit. Het punt van dit nieuwsartikel is niet dat ze de wereld redden door de warmte door te geven aan iemand anders die het nodig heeft, maar het punt is wel dat ze een processor koel houden met koelwater van 65°C in een gesloten systeem met 10 liter water.

10 Liter water klinkt alsof er weinig energie in kan zitten, maar als je die 10 liter maar snel genoeg rondpompt en snel genoeg de overtollige energie eruit haalt kan je er bij wijze van spreken een complete stad mee verwarmen.

Dus 10 liter @ 65 gr C zegt op zichzelf helemaal niks.

Ja warmte word er afgegeven, maar of je met een gesloten systeem van 10 liter @ 65 gr C de wereld kan redden....

Het is niet de inhoud maar het debiet dat de koelcapaciteit bepaalt. En je wil de primaire kring zo klein mogelijk omdat dit water "extreem" duur is. Het moet zeer zuiver zijn want anders verstoppen je kanaaltjes direct.

Kijk, da's nou mooi. Pak de hitte van zo'n servercluster, en verwarm d'r een groot gebouw ofzo mee! Als dit inderdaad ook nog een stuk zuiniger is met energie is dit een mooie stap in de juiste richting.

Inderdaad, interessant. Ik ben alleen benieuwd hoe ze dit gaan doen in de zomer, wanneer die gebouwen eerder gekoeld dan verwarmd moeten worden!

ik denk dat we onderschatten hoeveel bedrijven de restwarmte kunnen gebruiken in hun processen. Er zijn heel veel kassen die restwarmte hebben maar dit moeten laten afvloeien omdat de infrastructuur niet is aangepast om deze warmte te benutten voor andere bedrijven of woningen.

Je zou met de restwarmte ook kunnen koelen maar ik weet niet of dat met de benoemde 65 graden kan worden gebruikt.
Kortom, als je om je heen kijkt verslinden en verspillen we allemaal energie in massale hoeveelheden. Het is geweldig om dat te reduceren en in te zetten voor andere doeleinde.

Je kan die cluster ook als warmtepomp gaan gebruiken; http://nl.wikipedia.org/wiki/Koelkast

Zo heb je dan toch koeling in de zomer ...

Dit klinkt mij toch wat bijzonder in de oren. Je wilt met warmte van je cluster, een warmte pomp gaan voeden, om vervolgens aan de andere kant koude te genereren?

Denk dat hier het principe van een warmte pomp een beetje verkeerd begrepen wordt. Normaal gebruik je een warmte pomp om een lage temperatuur, naar een hogere temperatuur te brengen. Als ik dan vervolgens een airco wil gaan maken met dit server cluster als warmte bron, krijg ik aan de kant van de "airco" alleen maar een hogere temperatuur.

Als je het andersom wil gaan gebruiken gebeuren er helemaal catastrofale dingen, maak je het water in het systeem alleen maar warmer.

Ik denk dat ze voor in de zomer gewoon een stel gigantische radiatoren ergens buiten hebben liggen, met wat fans, kleppen en regelaars om er voor te zorgen dat het water zo ver gekoeld word dat het weer gebruikt kan worden in het cluster. Tevens vermoed ik dat dit systeem ook in de winter gebruikt wordt, aangezien niet iedereen altijd even veel warmte afneemt, terwijl het cluster gewoon dag en nacht door draait.

Je kan wel met restwarmte koude genereren. Dit wordt gedaan m.b.v. een absorptiekoeling http://nl.wikipedia.org/wiki/Absorptiekoeling Als het water 65 graden is werkt dit zelfs heel goed (C.O.P. van ca 1.20, dus met 1 kw warmte kan je 1,2 kw koude generen / warmte ontrekken)

En toch is het geen probleem zoals RevaNL uitlegt. In onze boot hadden we vroeger ook een koelkast die op een gasvlam koelde.

Dan snap je het principe niet helemaal

Ze willen juist de warme die vrijkomt in het cluster gaan gebruiken voor verwarming.
Als je een warmtepomp toepassing gaat gebruiken, laat je de warme vloeistof van het cluster door een een warmtewisselaar heen lopen, die de warmte in de vloeistof naar het gas van de warmtepomp verplaatst. Dan ga je dit door een condensor heen halen, en het daar weer vloeibaar laten worden. dan kun je dmv een radiator buiten (netals je die op de buitenconsole van airco's meemaakt) de warmte afstaan aan de buitenlucht.

dan ga je dus regelrecht via de warmtepomp al je warmte aan de buitenlucht afstaan, zelfde wat je dus normaal eigenlijk al doet via lucht, die je dan direct afvoert naar buiten.
Beeetje je doel misgeslagen lijkt me dan

Ik ben geen pro op dit vlak, maar ik vermoed dat die warmte-energie wel kan omgezet worden in 'air-co'-energie.

Weet er iemand of Geothermal cooling ook op grote schaal toegepast kan worden? Dus door het 'koel water' af te koelen door het niet te diep door de grond te pompen.

Yezz, absorptiekoeling...
Weet alleen niet of die 65°C voldoende is. Het wordt veel gebruikt in combinatie met een zonnecollector (voor warm water). In de zomer heb je enorm veel warm water waar je niets mee kan doen, dus kan je die warmte aanwenden om te koelen. Uiteraard nog niet rendabel voor huis, tuin en keuken gebruik.

Misschien dat ze met die warmte weer energie opwekken om aircos mee aan te drijven?

Warmte kan vaak worden opgeslagen in 'grondwaterlagen' gedurende de zomer.
Dan komt in de winter een deel van de warmte van het ondergronde water, of een meer of zo, en een deel komt van de computer.

Een buffer is zowiezo nodig, anders is het koud op de uni als de supercomputer even geen werk heeft, mogelijk door onderhoud of zo.

Voor koeling van het water zou ik - als ik Zwitser was - gewoon koelwater van gletsjers gebruiken. Die smelten als een tiet door klimaatverandering, en als het niet warm maar koud was in de winter is er meer ijs bijgekomen. Weet alleen niet of 'downstream' blij is met de thermische verontreiniging, maar er moet toch wel iets mogelijk zijn.

Warmte gebruiken voor kassen is ook leuk, maar euh, in Zürich? Kan me niet herinneren dat ik er daar ook maar eentje gezien heb. Misschien dat ze er nu kunnen komen?

volgens dit bericht kan het gekoeld worden tot circa 60 graden, ontworpen voor dit doel dus.

Dan zetten ze de computers uit natuurlijk.

dat word dan denk ik gewoon stadsverwarming.
daar verwarmen ze dan leidingwater mee waarschijnlijk.

met 6Tflops en 450 Mflop/W is het vermogen 13kW. Daar kun je geen heel groot gebouw mee verwarmen, een bescheiden kantoortje wel.

waarom is dit principe niet veel eerder ingevoerd??
nu zie ik toch veel datacenters met luidruchtige en energieverslindende luchtkoelingen.

uhhh alleen wanneer er een waterlek ontstaat, dan kunnen we een heel rack afschrijven???

[Reactie gewijzigd door mark184 op 5 juli 2010 16:30]

Het zit 'em in die microkanaaltjes:

Vooralsnog was het kennelijk niet mogelijk het koelwater dicht genoeg bij de transistors te brengen om effectief te koelen. IBM heeft die micro-koelkanaaltjes uitgevonden (zeggen ze), en nu kan 't wel.

Zoveel verschil is het niet... Genoeg tweakes die een water koeling in de computer hebben.

En ik ben absoluut niet onder de indruk van de getallen. 25 graden verschil tussen water in chip is echt niet zo'n bijzondere prestatie... Ook dat is iets wat de Tweaker ook al kan bereiken.

Er is juist wel een groot verschil. Als de water temperatuur van de Tweakers 60-65 graden bereikt, dan slaan ze in paniek en wordt hun processor lekker warm. Tweakers koelen op chip niveau, niet op transistorniveau. Er zit een gigantische thermische weerstand tussen de transistors en de uiteindelijke behuizing.

Of de hele computer in olie dompelen. Ziet er lekker radicaal uit
Olie geleidt niet, veroorzaakt geen kortsluiting, en kan met een pomp en warmtewisselaar prima warmte afvoeren.
Profi uitvoering / Zoeken met Google

is het al, in denemarken Finland (Denemarken sprak van crematie-ovens te gebruiken voor energieopwekking) worden er kerken mee verwarmd. Probleem is dat het datacentrum ook nog op een zinvolle afstand van het te verwarmen gebouw moet liggen.

edit: correctie

[Reactie gewijzigd door bluppfisk op 5 juli 2010 16:52]

Inderdaad:
nieuws: Helsinki bouwt energiezuinig datacentrum onder kathedraal

De techniek is dus niet echt nieuw, en wordt al op meerdere plaatsen gebruikt. Maar dit is dan ook de point van dit nieuwsbericht niet.
Het gaat hier over een nieuwe waterkoeling die gebruik kan maken van warm water van 65°C als koeling! Dat is wel iets nieuw en innovatief.

Nice, zo'n kachel wil ik thuis ook wel

Moet je het systeem ook gebruiken anders verstook je veel stroom voor een beetje warmte

Schatje, zet je eventjes de computer aan, ik neem een douche.

"Schatje, zet je eventjes de supercomputer aan, ik neem een douche." klinkt nog net iets lolliger

Of andersom. Boos onder de douche springen en met een schreeuw scheldend vragen welke &*%$# de supercomputer ineens heeft uitgezet

[Reactie gewijzigd door Kriebelkous op 5 juli 2010 16:39]

Zeer mooi, meer kan ik daar niet op zeggen ^^

indd ff douch

maar waarom wordt die techniek nu pas door dacht???

wie zei dat loodgieters overbodig zouden zijn over 20 jaar?

528 cores nice