实探全球第九大超算中心：温水冷却节能30％，正寻求新突破

若您是位球迷，对拜仁慕尼黑足球队肯定耳熟能详，而距离其“根据地”安联球场驾车约10分钟的距离，2019年全球TOP500超算榜单中排名第九的莱布尼茨超算中心就位于此。做一个形象类比，莱布尼茨超算中心在超算领域于德国而言，不输拜仁球队之于德国足球的地位。

莱布尼茨超算中心目前位居欧洲超算第一位，由德国巴伐利亚州政府支持，面向科研机构和非盈利组织等。

在海量数据源源不断产生的背景下，如何利用和处理数据成为世界性课题，超算中心因为拥有超强计算力，能够处理一般计算机解决不了的难题，吸引了越来越多的关注目光。但超强计算力的背后，是“吃电怪兽”的影子，能耗问题是超算中心绿色发展的关键。

9月11日，莱布尼茨超算中心战略性发展和合作业务主管 Laura Schulz向包括《每日经济新闻》记者在内的媒体记者介绍，该超算中心使用的是温水水冷技术，相较于普通的风冷技术节能不少，目前正寻求突破将多余的热量直接转换为制冷的能源，从而进一步降低能耗。

用洗澡水的温度为处理器降温

通过一条需要通行证的狭长通道，再推开又一道需要身份信息的门，莱布尼茨超算中心的入口就展现在面前了，Laura将门后的整个超算系统称为“超算魔方”。

最初，“超算魔方”仅有一个，在扩建后成为“双子魔方”。为了给建筑背后的水獭留一个完整的巢穴，后建的魔方比之前的在长度上要短一米。“科学上失去一米，环境中获得一米。”进门前，Laura向来访的记者讲述了这个小故事，表达莱布尼茨超算中心对于环境的态度。

据介绍，“超算魔方”共有五层，第五层是水冷系统，第四层是超算，第三层是集群小机器，第二层是水处理系统，第一层则是电力系统。莱布尼茨超算中心采用的是超级计算机SuperMUC-NG，每秒峰值性能可完成26.9千万亿次浮点运算（即每秒完成近3×1016次运算），拥有719TB（万亿字节）主存储器、50PB（千万亿字节）外部数据存储器和一套高速互联装置，可为物理、化学、生命科学、地理、气候研究、工程等领域的研究人员提供服务。

“从1995年开始，建模和模拟开始成为许多国家的重点发展领域。因此，对超算的需求开始稳步上升。现在，在2020年即将来临之际，我们即将进入ExaFlop时代。ExaFlop就是每秒一百京（即1018）次的浮点运算。”Laura表示。

据Laura介绍，全球算力的增长相对比较平缓，但数据的增长速率远超算力增长速率，超算对数据进行分析，可找到数据之间的模式或者逻辑。预计到2025年，数据量将会达到175ZB（十万亿亿字节）。“如果能够通过超算去发现这些海量的数据当中的一些逻辑、规则，并且对其加以使用的话，这对于人类来说就是开启了新世界的大门。”Laura称。

但系统越大，消耗的能源就越多，更好的能效比成为全球范围内的追求。“由于采用了新型温水冷却系统，SuperMUC-NG是全球最节能的超级计算机之一。”Laura表示，在研发每一代设备时，他们会先用测试设备进行测试，尝试将更多的设备部件用水冷技术降温，之后再推广到更大的系统里。

莱布尼茨超算中心的水冷系统运行模式是：温水从铜管中流过，将处理器的热量带走，进入水处理系统，最后到达屋顶，屋顶有类似于瀑布的排水设计，水会像瀑布一样流下来，之后从入口又重新流进来，由此形成一个封闭的系统。

“我们的水冷系统进入到处理器区域的时候是洗澡水的温度，离开的时候，就变成了很热的洗澡水的温度。”Laura表示，目前温水水冷系统入口温度最高为50℃。

“50℃是散热效果最佳的温度，在此温度下，热量向外传导的速度最高。”水冷技术支持方、联想集团德国数据中心展示与创新中心解释了温度选择的原理。

相较于传统的风冷技术，即单一通过空调或风扇制冷，水冷技术虽然建设成本高，但使用成本相对低。莱布尼茨超算中心方面介绍，根据最新的数据，目前采用的水冷技术相较于风冷技术节能30%，每年可节省140万欧元。

热冷转换系统仍待完善

风冷技术下的超算中心噪音相对较大，而水冷技术之下的莱布尼茨超算中心虽然仍有噪音，但在Laura提高说话音量后，可面对面交谈。

超算中心内的机器目前有三套系统，其中第一代和第二代系统的算力是一样的，但第二代的体积只有第一代的1/3，第三代和第二代系统的体积是一样大，但算力是第二代的约6倍。“随着设备的更新换代，超算的体积更小，算力更高。”Laura介绍道。

一系列机器被放在玻璃罩内，玻璃罩内外的体感温度基本是夏天与秋天的差距。其实，即使是应用了水冷系统，超算中心的散热亦没能完全脱离空调制冷。

据联想集团德国数据中心展示与创新中心方面介绍，玻璃罩内分冷通道和热通道，冷通道在前面，使得冷空气被吸到系统和机架里面，对机器进行降温。热通道在后面，向外部排出热量。热空气出来后，由空调降温。前冷后热，形成一个循环系统。

Laura向《每日经济新闻》记者表示，以她的经验，目前没有比温水水冷技术更好的制冷应用。

不过，中国电子节能技术协会数据中心节能技术委员会秘书长吕天文认为，温水水冷技术仍需要空调制冷，并不是一个终极手段，而是一个折中方案。具体而言，温水水冷系统不能将服务器上的热量全部带走，服务器主板仍需要散热，这些热量如果无法全部带走，就无法脱离空调制冷。

但目前在实际应用层面仍未有更好且稳定的解决方案，超算中心和技术提供方不得不在此基础上完善现有技术方案。

Laura向记者表示，超算中心产生了很多热量，他们也在找方法，希望能将产生的热能转化为能量储藏起来。目前，莱布尼茨超算中心采取的再利用方式是，利用产生的热量给整个大楼供暖，但即使如此，热量还有很多，他们也在想办法用剩余的热量给别的大楼供暖。

但更直接的循环是，如何将超算中心产生的热量直接转化为制冷的能源，供给需要冷水的系统。Laura表示，目前正在研究这一技术。

而技术提供方联想集团目前正致力于将水冷系统做得更薄，并将水冷技术推广至超算及高端计算机之外的普通服务器中，例如用于GPU（显示芯片）散热等。

来源：每日经济新闻   每经记者：李少婷 每经编辑：张海妮