若您是位球迷，對(duì)拜仁慕尼黑足球隊(duì)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(gè)形象的類比，萊布尼茨超算中心在超算領(lǐng)域于德國而言，不輸拜仁球隊(duì)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(jī)構(gòu)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?yàn)閾碛谐瑥?qiáng)計(jì)算力，能夠處理一般計(jì)算機(jī)解決不了的難題，吸引了越來越多的關(guān)注目光。但超強(qiáng)計(jì)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(guān)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(wù)主管Laura Schulz向媒體介紹，該超算中心使用的是溫水水冷技術(shù)，相較于普通的風(fēng)冷技術(shù)節(jié)能不少，目前正尋求突破將多余的熱量直接轉(zhuǎn)換為制冷的能源，從而進(jìn)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(gè)超算系統(tǒng)稱為“超算魔方”。
最初，“超算魔方”僅有一個(gè)，在擴(kuò)建后成為“雙子魔方”。為了給建筑背后的水獺留一個(gè)完整的巢穴，后建的魔方比之前的在長度上要短一米。“科學(xué)上失去一米，環(huán)境中獲得一米。”進(jìn)門前，Laura向來訪的記者講述了這個(gè)小故事，表達(dá)萊布尼茨超算中心對(duì)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(jī)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(jí)計(jì)算機(jī)SuperMUC-NG，每秒峰值性能可完成26.9千萬億次浮點(diǎn)運(yùn)算（即每秒完成近3×1016次運(yùn)算），擁有719TB（萬億字節(jié)）主存儲(chǔ)器、50PB（千萬億字節(jié)）外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和一套高速互聯(lián)裝置，可為物理、化學(xué)、生命科學(xué)、地理、氣候研究、工程等領(lǐng)域的研究人員提供服務(wù)。
“從1995年開始，建模和模擬開始成為許多國家的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域。因此，對(duì)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(jìn)入ExaFlop時(shí)代。ExaFlop就是每秒一百京（即1018）次的浮點(diǎn)運(yùn)算。”Laura表示。
據(jù)Laura介紹，全球算力的增長相對(duì)比較平緩，但數(shù)據(jù)的增長速率遠(yuǎn)超算力增長速率，超算對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可找到數(shù)據(jù)之間的模式或者邏輯。預(yù)計(jì)到2025年，數(shù)據(jù)量將會(huì)達(dá)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(dāng)中的一些邏輯、規(guī)則，并且對(duì)其加以使用的話，這對(duì)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(wù)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(jí)計(jì)算機(jī)之一。”Laura表示，在研發(fā)每一代設(shè)備時(shí)，他們會(huì)先用測試設(shè)備進(jìn)行測試，嘗試將更多的設(shè)備部件用水冷技術(shù)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(yùn)行模式是：溫水從銅管中流過，將處理器的熱量帶走，進(jìn)入水處理系統(tǒng)，最后到達(dá)屋頂，屋頂有類似于瀑布的排水設(shè)計(jì)，水會(huì)像瀑布一樣流下來，之后從入口又重新流進(jìn)來，由此形成一個(gè)封閉的系統(tǒng)。
“我們的水冷系統(tǒng)進(jìn)入到處理器區(qū)域的時(shí)候是洗澡水的溫度，離開的時(shí)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(dǎo)的速度最高。”水冷技術(shù)支持人員解釋了溫度選擇的原理。
相較于傳統(tǒng)的風(fēng)冷技術(shù)，即單一通過空調(diào)或風(fēng)扇制冷，水冷技術(shù)雖然建設(shè)成本高，但使用成本相對(duì)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(shù)相較于風(fēng)冷技術(shù)節(jié)能30%，每年可節(jié)省140萬歐元。
熱冷轉(zhuǎn)換系統(tǒng)仍待完善
風(fēng)冷技術(shù)下的超算中心噪音相對(duì)較大，但水冷技術(shù)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(duì)面交談。
