Учёные из Переславля предлагают кипящее охлаждение для суперкомпьютеров
Анатолий Михайлович Цирлин
Фото: PereslavlFoto
1 декабря 2016 года на пятом Национальном Суперкомпьютерном Форуме профессор Анатолий Михайлович Цирлин рассказал о революции в компьютерном охлаждении. Новый подход к нему предлагает Институт программных систем РАН.
Охлаждение суперкомпьютеров сегодня
Охлаждение больших компьютеров связано с интересным противоречием. Процессоры внутри корпуса установлены очень плотно и места для системы охлаждения почти не остаётся. Однако снаружи, где тепло уходит в окружающую среду, места очень много. Поэтому возникает вопрос: как же отвести тепло от процессоров, собирая как можно больше джоулей и занимая как можно меньше площади?
Привычное нам воздушное охлаждение здесь не годится. Например, суперкомпьютер «СКИФ-Аврора ЮУрГУ» в Южно-Уральском государственном университете потребляет 2,8 мегаватта. Такой суперкомпьютер отдаёт огромное количество тепла, и тратить ещё треть энергии на воздушное охлаждение — слишком дорого. Ведь при низкой теплопередаче воздуха пришлось бы очищать, охлаждать и прокачивать через машинный зал огромные потоки, бросая деньги на ветер!
Погружное охлаждение, когда blade-сервера купаются в охладителе
Фото: PereslavlFoto
Чем же заменить воздух? Сначала возникли водяные системы, похожие на охлаждение автомобильных двигателей. На каждую плату суперкомпьютера ставится металлическая накладка, внутри которой бежит вода. Этот приём и был использован для уральского суперкомпьютера. Следующим шагом стали погружные компьютеры, чья электроника плавает в охладителе. Такая погружная система «Иммерс» была показана на выставке НСКФ.
Однако жидкость придётся отводить и охлаждать во внешнем теплообменнике. На крупном и мощном суперкомпьютере получается внешний блок огромного размера. И это — настоящая проблема.
Решения завтрашнего дня
Фазовый переход в чайнике
Фото: Markus Schweiss
Учёные предполагают, что будущее принадлежит системе с фазовым переходом — из жидкости в газ. Особая жидкость станет кипеть прямо на микросхемах, охлаждая приборы. Эксперимент подтвердил, что отводимая мощность при кипении в 3 раза больше, чем при омывании, и в 90 раз больше, чем при обдуве.
Если тепло передаётся в воздух, нам нужны массивные радиаторы, которые увеличат площадь теплосъёма в сотни раз. А если тепло передаётся в кипящую жидкость, то радиаторы совсем не нужны. Это позволяет существенно уменьшить объём вычислительного комплекса. Температура кипящей жидкости безо всяких регуляторов останется постоянной — на уровне температуры кипения. Будет увеличиваться только число пузырьков пара.
Институт предлагает такую систему
Сотрудники ИПС РАН рассчитали проект герметично закрытого вычислительного блока. Внизу блока происходит кипение вокруг серверных плат, а вверху идёт конденсация паров. Сервер будет полностью замкнут, туда подводится только электрическое питание и сетевой сигнал.
Герметичный сервер будет отдавать тепло электроники кипением (3) и конденсацией (4-5)
Такая система позволит плотно размещать электронные устройства и полностью изолировать их от внешней среды. Вычислительный блок можно зарыть в снегу или утопить в пруду, и он будет работать. Охлаждением станет вся поверхность его корпуса. Внешние механизмы будут просто не нужны.
Совсем небольшой корпус компьютера — размером с бензиновую канистру — может отдавать 4 кВт тепла (при внешней температуре 27 градусов). Это втрое больше, чем очень мощный домашний компьютер. И для этого не нужны вентиляторы и насосы, нет никакой механики, нет шумов, увеличивается надёжность работы.
Конечно, у системы есть свои ограничения. Нельзя открывать корпус и ремонтировать его, придётся держать внутри резервные элементы. Вместо пузырькового может начаться плёночное кипение, при котором вокруг горячего элемента возникает паровая плёнка и теплоотдача уменьшается. Над этой проблемой продолжают работать сотрудники ИПС РАН.
Герметичные блоки можно объединить в кластерный суперкомпьютер. Тогда надёжность вычислений будет обеспечена не только резервной внутренней электроникой, но и запасными блоками. Вся энергия пойдёт на вычислительный процесс, не тратя ни ватта на организацию охлаждения.
«Следствие из этого доклада — что самое лучшее было бы установить суперкомпьютер на Земле Франца-Иосифа или отхватить кусок Антарктиды!»
Справка об исследователях
- Сергей Михайлович Абрамов (25.03.1957) — доктор физико-математических наук (1995), профессор (1996), член-корреспондент РАН (2006), директор Института программных систем РАН, специалист в области системного программирования и информационных технологий.
- Сергей Анатольевич Амелькин (11.03.1968) — кандидат технических наук (1994), старший научный сотрудник (2000), директор Исследовательского центра системного анализа Института программных систем РАН, специалист в области оптимального управления и системного анализа.
- Анатолий Михайлович Цирлин (13.07.1933) — доктор технических наук (1978), профессор (1985), главный научный сотрудник Института программных систем РАН, специалист в области оптимального управления и оптимизационной термодинамики.
- Александр Александрович Чичковский (21.12.1970) — генеральный директор группы компаний «Сторус», специалист в области инфраструктуры для суперкомпьютеров и центров обработки данных.
Институт программных систем РАН создан в апреле 1984 года и работает в городе Переславле (Ярославская область). Институт состоит из пяти исследовательских центров, занимаясь разработкой и созданием суперкомпьютеров по всей России.
Компьютерные технологии
- 16 декабря 2016: Зелёный рейтинг суперкомпьютеров предложили российские учёные
- 14 декабря 2016: В Steam Greenlight появилась игра Astral Towers от авторов Astral Heroes, Спектромансера и Владык Астрала
- 14 декабря 2016: На форуме Astral Heroes полностью переделано создание ссылок
- 13 декабря 2016: Роскомнадзор заблокировал сам себя по адресу 127.0.0.1 (localhost)
- 12 декабря 2016: Разработчик Российской операционной системы не смог включить в неё шрифт Times New Roman из-за санкций
- 12 декабря 2016: Учёные из Переславля предлагают кипящее охлаждение для суперкомпьютеров
- 11 декабря 2016: В Astral Heroes появилась история составов гильдий
- 8 декабря 2016: Вручена премия Национального Суперкомпьютерного Форума (2016)
Переславль-Залесский
- 16 декабря 2016: Зелёный рейтинг суперкомпьютеров предложили российские учёные
- 12 декабря 2016: Учёные из Переславля предлагают кипящее охлаждение для суперкомпьютеров
- 8 декабря 2016: Вручена премия Национального Суперкомпьютерного Форума (2016)
- 5 декабря 2016: Завершился V Национальный Суперкомпьютерный Форум в городе Переславле
- 29 ноября 2016: V Национальный Суперкомпьютерный Форум открылся в городе Переславле
- 21 ноября 2016: Национальный Суперкомпьютерный Форум пройдёт в Переславле в пятый раз
- 19 мая 2016: Там успех, там победа! Переславский музей-заповедник стал звездой фестиваля Интермузей-2016
- 20 апреля 2016: Умер изобретатель «Золотого кольца»
