若您是位球迷，對拜仁慕尼黑足球隊肯定耳熟能詳，而距離其“根據(jù)地”安聯(lián)球場駕車約10分鐘的距離，2019年全球TOP500超算榜單中排名第九的萊布尼茨超算中心就位于此。做一個形象的類比，萊布尼茨超算中心在超算領域于德國而言，不輸拜仁球隊之于德國足球的地位。
萊布尼茨超算中心建筑外景
萊布尼茨超算中心目前位居歐洲超算第一位，由德國巴伐利亞州政府支持，面向科研機構和非盈利組織等。
在海量數(shù)據(jù)源源不斷產(chǎn)生的背景下，如何利用和處理數(shù)據(jù)成為世界性課題，超算中心因為擁有超強計算力，能夠處理一般計算機解決不了的難題，吸引了越來越多的關注目光。但超強計算力的背后，是“吃電怪獸”的影子，能耗問題是超算中心綠色發(fā)展的關鍵。
9月11日，萊布尼茨超算中心戰(zhàn)略性發(fā)展和合作業(yè)務主管Laura Schulz向媒體介紹，該超算中心使用的是溫水水冷技術，相較于普通的風冷技術節(jié)能不少，目前正尋求突破將多余的熱量直接轉換為制冷的能源，從而進一步降低能耗。
用洗澡水的溫度為處理器降溫
通過一條需要通行證的狹長通道，再推開又一道需要身份信息的門，萊布尼茨超算中心的入口就展現(xiàn)在面前了，Laura將門后的整個超算系統(tǒng)稱為“超算魔方”。
最初，“超算魔方”僅有一個，在擴建后成為“雙子魔方”。為了給建筑背后的水獺留一個完整的巢穴，后建的魔方比之前的在長度上要短一米。“科學上失去一米，環(huán)境中獲得一米。”進門前，Laura向來訪的記者講述了這個小故事，表達萊布尼茨超算中心對于環(huán)境的態(tài)度。
據(jù)介紹，“超算魔方”共有五層，第五層是水冷系統(tǒng)，第四層是超算，第三層是集群小機器，第二層是水處理系統(tǒng)，第一層則是電力系統(tǒng)。萊布尼茨超算中心采用的是超級計算機SuperMUC-NG，每秒峰值性能可完成26.9千萬億次浮點運算（即每秒完成近3×1016次運算），擁有719TB（萬億字節(jié)）主存儲器、50PB（千萬億字節(jié)）外部數(shù)據(jù)存儲器和一套高速互聯(lián)裝置，可為物理、化學、生命科學、地理、氣候研究、工程等領域的研究人員提供服務。
“從1995年開始，建模和模擬開始成為許多國家的重點發(fā)展領域。因此，對超算的需求開始穩(wěn)步上升。現(xiàn)在，在2020年即將來臨之際，我們即將進入ExaFlop時代。ExaFlop就是每秒一百京（即1018）次的浮點運算。”Laura表示。
據(jù)Laura介紹，全球算力的增長相對比較平緩，但數(shù)據(jù)的增長速率遠超算力增長速率，超算對數(shù)據(jù)進行分析，可找到數(shù)據(jù)之間的模式或者邏輯。預計到2025年，數(shù)據(jù)量將會達到175ZB（十萬億億字節(jié)）。“如果能夠通過超算去發(fā)現(xiàn)這些海量的數(shù)據(jù)當中的一些邏輯、規(guī)則，并且對其加以使用的話，這對于人類來說就是開啟了新世界的大門。”Laura稱。
萊布尼茨超算中心戰(zhàn)略性發(fā)展和合作業(yè)務主管Laura Schulz
但系統(tǒng)越大，消耗的能源就越多，更好的能效比成為全球范圍內(nèi)的追求。“由于采用了新型溫水冷卻系統(tǒng)，SuperMUC-NG是全球最節(jié)能的超級計算機之一。”Laura表示，在研發(fā)每一代設備時，他們會先用測試設備進行測試，嘗試將更多的設備部件用水冷技術降溫，之后再推廣到更大的系統(tǒng)里。
萊布尼茨超算中心的水冷系統(tǒng)運行模式是：溫水從銅管中流過，將處理器的熱量帶走，進入水處理系統(tǒng)，最后到達屋頂，屋頂有類似于瀑布的排水設計，水會像瀑布一樣流下來，之后從入口又重新流進來，由此形成一個封閉的系統(tǒng)。
“我們的水冷系統(tǒng)進入到處理器區(qū)域的時候是洗澡水的溫度，離開的時候，就變成了很熱的洗澡水的溫度。”Laura表示，目前溫水水冷系統(tǒng)入口溫度最高為50ºC。
“50度是散熱效果最佳的溫度，在此溫度下，熱量向外傳導的速度最高。”水冷技術支持人員解釋了溫度選擇的原理。
相較于傳統(tǒng)的風冷技術，即單一通過空調(diào)或風扇制冷，水冷技術雖然建設成本高，但使用成本相對低。萊布尼茨超算中心方面介紹，根據(jù)最新的數(shù)據(jù)，目前采用的水冷技術相較于風冷技術節(jié)能30%，每年可節(jié)省140萬歐元。
熱冷轉換系統(tǒng)仍待完善
風冷技術下的超算中心噪音相對較大，但水冷技術之下的萊布尼茨超算中心雖然仍有噪音，但在Laura提高說話音量后，可面對面交談。
