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Enerige & Management > IT - Supercomputer kühlt sich selbst mit Wärme
"Heizkörper" mit 311.000 Prozessorkernen: SuperMUC-NG, Bild: Fahrenheit
IT:
Supercomputer kühlt sich selbst mit Wärme
Ein Supercomputer, der sich quasi selbst kühlt: Dieses Kunststück hat der Klimatisierungspezialist Fahrenheit beim Höchstleistungsrechner "SuperMUC-NG" geschafft.
 
Rechenzentren sind stromhungrig. Weltweit verbrauchen sie mehr als 2 % der erzeugten elektrischen Energie, einhergehend mit entsprechenden CO2-Emissionen. Gefragt sind alternative Lösungen, die Stromverbrauch und CO2-Emissionen spürbar reduzieren. Wie dies gelingen kann, zeigt der Höchstleistungsrechner "SuperMUC-NG".

Mit komplexen Simulationen verbessert der am Leibniz-Rechenzentrum (LRZ) der Bayerischen Akademie der Wissenschaften in Garching installierte Supercomputer unter anderem das Verständnis des Klimawandels. Dafür verbraucht er aber bis zu 4 MW Leistung − und braucht in Folge dieser enormen, wärmeerzeugenden Rechenleistungen auch eine wirksame Kühlung.

Einen wichtigen Beitrag dazu leistet eine Adsorptionskältemaschine von Fahrenheit. Sie wandelt die von den Prozessoren produzierte Wärme in Kälte für die Kühlung um. Durch diese Wärmerückgewinnung optimiert die Kühlinfrastruktur des Rechners dessen Energieeffizienz. Die Adsorptionskälteanlage von Fahrenheit gehört mit einer Leistung von über 600 kW zu den aktuell größten in Europa.

Fahrenheit ist eine Ausgründung des Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) und hat ein Adsorptionskühlsystem entwickelt, das rein auf Wasser als Kältemittel basiert und damit Aggregatoren mit einem Treibhauspotenzial (GWP) von null realisiert.

311.000 Prozessorkerne erzeugen Wärme

Beim Supermuc-NG werden die rund 311.000 Prozessorkerne und Arbeitsspeicherriegel zunächst mit einer auf maximal 4 MW Wärme ausgelegten Warmwasserkühlung gekühlt, dabei steigt die Wassertemperatur auf bis zu 55 Grad Celsius. Diese Abwärme der IT-Systeme kann in der kalten Jahreszeit verwendet werden, um Gebäude zu heizen. Darüber hinaus nutzt jedoch die Adsorptionsanlage von Fahrenheit die Wärme des Warmwassers, um Kälte zu produzieren.

Damit kühlt sie die erwärmte Luft der verbleibenden luftgekühlten Komponenten mittels wassergekühlter Rücktüren, die als Luft-Wasser-Wärmetauscher arbeiten. Dafür wird Wasser mit einer Temperatur von rund 20 Grad Celsius sowie eine maximale Kühlleistung von etwa 0,6 MW benötigt. Dieses Wärmerückgewinnungssystem spart bis zu 80 % Strom für die Kühlung gegenüber konventionellen Kühlsystemen. Der Rechner kühlt sich somit quasi selbst, da die vorhandene Wärme der Prozessoren die Produktion vom Kaltwasser ermöglicht.

Laut dem Netzwerk energieeffiziente Rechenzentren (NeRZ) werden in den deutschen Rechenzentren aktuell pro Jahr mehr als 13 Mrd. kWh Strom in Wärme umgewandelt und anschließend ungenutzt an die Umgebung abgegeben. Gleichzeitig erhöht die steigende Leistungsdichte in Rechenzentren die Anforderungen an Kühlsysteme. Laut einer Studie des Borderstep Instituts ist der Energiebedarf der hiesigen Rechenzentren im Vergleich zum Jahr 2010 um über 40 % angestiegen. Moderne technische Lösungen wie die Adsorptionskühlung können den Weg zu mehr Ressourceneffizienz ebnen.

Das bestätigt auch Andreas Thomasch, Director HPC & AI bei Lenovo: "Die gemeinsam mit Fahrenheit und dem Leibniz-Rechenzentrum implementierte Warmwasser-Kühllösung zeigt, wie auch sehr energiehungrige Hochleistungsrechner im Bereich von mehreren Megawatt nachhaltig zu betreiben sind, indem die Abwärme zur Erzeugung von Kühlkapazität genutzt wird."

Das wirkt sich äußerst positiv auf die Energieeffizienz aus: Nur ein sehr geringer Stromanteil geht für die Kühlung des Rechners drauf. Supermuc-NG erreicht den sehr niedrigen PUE (Power Usage Efficiency)-Wert von 1,08 (Branchendurchschnitt: 1,67). Das heißt: Nur 8 % des Energieverbrauchs der gesamten Rechnerinfrastruktur benötigen periphere Systeme, der Rest ist die reine Energieaufnahme des Rechners. Prof. Dieter Kranzlmüller, Leiter des Leibniz-Rechenzentrums: "Computer verbrauchen Strom nicht. Sie wandeln lediglich elektrische Energie in Wärmeenergie um – und das sehr effizient." 
 

Peter Koller
Redakteur
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Donnerstag, 06.05.2021, 15:45 Uhr

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